JP3615181B2 - Inspection method for exposure apparatus, exposure method for correcting focus position, and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Inspection method for exposure apparatus, exposure method for correcting focus position, and method for manufacturing semiconductor device Download PDF

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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70491—Information management, e.g. software; Active and passive control, e.g. details of controlling exposure processes or exposure tool monitoring processes
    • G03F7/70516—Calibration of components of the microlithographic apparatus, e.g. light sources, addressable masks or detectors

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体リソグラフィー工程に用いられる露光装置の光学系の状態を検査する方法、焦点位置を補正する露光方法、ならびに露光装置を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な光リソグラフィー工程において、投影露光装置（ステッパー）を用いて微細なレジストパターンを形成する場合には、露光装置の光学系の状態、特に露光装置の焦点位置（フォーカス位置）が適正な状態に設定されていないと、いわゆるフォーカスぼけ状態になり易く、所望通りの微細パターンを形成することが困難になる。ことに、近年、転写パターンのさらなる微細化が進むにつれて、露光装置の焦点位置の設定精度が非常に重要となっている。
【０００３】
例えば、デザインルールが０．１３μｍの半導体デバイスでは、焦点深度が０．５μｍ未満である。この場合、焦点位置の設定精度は、焦点深度の１０分の１よりも高い精度で設定できることが望ましい。したがって、少なくとも０．０５μｍの精度で焦点位置を設定する必要がある。また、言うまでもなく、その設定は単に繰り返し精度が良いだけではなく、真の焦点位置を精度良く測定できなければ意味が無い。このように、デザインルールが０．１３μｍの半導体デバイスを製造する場合には、少なくとも０．０５μｍの精度で露光装置の焦点位置を測定したり、あるいはモニタリングしたりできることが重要である。
【０００４】
以上、具体例を挙げて簡潔に説明したように、例えば露光による転写パターンから露光装置の焦点位置を正確にモニタリングしようとする技術が各種開発されている。
【０００５】
例えば、それらのうちの一つに、位相シフトパターンを用いたモニタリング技術がある。その代表的な例が、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ＩＢＭ社）のＴｉｍｏｔｈｙ Ｂｒｕｎｎｅｒらによって、Ｐｒｃｏ． ＳＰＩＥ ｖｏｌ． ２７２６（’９６）の２３６ページに発表されている。
【０００６】
この方法は、図３０に示すような断面構造を有する原板マスク４０１を用いるものである。原板マスク４０１は、光透過性を有するマスク本体４０２およびクロム製の遮光体４０３などから構成されており、マスク本体４０２の一主面上には、露光により半導体基板上に転写される図示しないモニタリング用のマスクパターンが形成されている。マスク本体４０２は、図３０にその断面構造を示すように、基準面４０２ａと、これとは位相が９０°異なる（シフトされた）面（位相シフター）４０２ｂとを有し、これら基準面４０２ａと位相シフター面４０２ｂとの境界領域に遮光体４０３が配置されている。またさらに、基準面４０２ａ上には図示しない基準パターンが配置されている。
【０００７】
以上簡潔に説明した原板マスク４０１を用いて、マスクパターンを半導体基板上に露光する。この際、半導体基板の位置、すなわち図示しない露光装置の焦点（フォーカス）が最良のフォーカス位置（ベストフォーカス位置）からずれていると、基準面４０２ａと位相シフター面４０２ｂとの境界領域に形成されているマスクパターン（遮光体）４０３と、基準面４０２ａ上の図示しない基準パターンとの半導体基板上に転写される相対的な位置が変化する。この場合、半導体基板のベストフォーカス位置からのずれ量と、上記相対的な位置ずれ量とは、互いに略線形性の関係を有していることが分かっている。Ｔｉｍｏｔｈｙ Ｂｒｕｎｎｅｒらによって提案されているこの方法は、各転写パターンの位置ずれ量を、例えばいわゆる合わせずれ検査装置などで読み取り、その結果を前述した線形関係に適用することにより、露光装置のフォーカス位置を正確にモニタリングしようとするものである。
【０００８】
この方法によれば、半導体基板の位置を色々変えて露光した複数の転写パターンを検査することにより、露光装置のベストフォーカス位置を求めるという作業を行う必要が無くなる。すなわち、露光装置のフォーカス位置を測定する検査パターンを一度の露光で形成し、この検査パターンを測定することによって露光装置の最良のフォーカス位置を求めることができる。
【０００９】
また最近、前述したＴｉｍｏｔｈｙ Ｂｒｕｎｎｅｒらのモニタリング方法と同様に、合わせずれ検査装置を用いてパターンの位置ずれ量を測定することにより露光装置のフォーカス位置をモニタリングできる技術が、三菱電気株式会社の中尾修治らによって、第４８回応用物理学会関係連合会講演予稿集Ｎｏ．２（２００１年３月）の７３３ページに発表された。この技術は、前述したように位相シフター４０２ｂが形成されている特殊なマスクではなく、検査用のマスクパターンが通常のクロムによる遮光膜パターンのみで形成されている一般的なマスクを用いて露光装置のフォーカス位置をモニタリングできるものである。
【００１０】
この方法は、露光装置の照明光源のコヒーレンシーσを用いて光学的に規格化すると、図３１に示すような大きさおよび形状に模式的に表すことができる照明アパーチャー５０１を使用するものである。まず、図示しない露光装置の照明光源の中心が実質的に露光装置の光軸からはずれた、いわゆる軸はずれの位置に来るように、照明アパーチャー５０１を露光装置の二次光源面側に配置する。そのような軸はずれの照明条件下で、比較的大きい寸法、例えば２μｍのパターンを露光する。また、照明光源の中心が実質的に光軸の中心の位置に来る照明条件下で同じく２μｍのパターンを露光する。ただし、それら２種類の異なる照明条件下で露光を行う際に、露光した各パターンが、いわゆるボックス・イン・ボックスの検査パターンになるように二重露光を行う。より詳しく説明すると、軸はずれの照明条件下で形成するパターンが内側ボックスに、また軸中心の照明条件下で形成するパターンが外側ボックスになるような設定で二重露光を行う。
【００１１】
軸はずれの照明条件下で露光したパターンは、焦点位置のずれ量に応じて略線形性の関係を保持しつつ位置ずれを起こすのに対し、軸中心の照明条件下で露光したパターンは、焦点位置が変化しても位置ずれを起こさない。そこで、この方法では、ボックス・イン・ボックスの検査パターンの内側パターンと外側パターンとの相対的な位置ずれ量を合わせずれ検査装置で測定することにより、露光した際の露光装置のフォーカス位置を測定しようとするものである。
【００１２】
この方法が実行可能である理由は、比較的太いパターンを投影する場合、マスク上の太いパターンを照明する光線は、マスクを透過する際に広い角度に広がって回折することが殆どないので、略主光線付近の回折光のみで投影することが可能なためである。また、この方法においては、マスクに形成するパターンは通常用いる遮光膜からなるパターンで十分であり、特殊な位相シフトパターンである必要はない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前述したＴｉｍｏｔｈｙ Ｂｒｕｎｎｅｒらのモニタリング方法では、原板マスク４０１には、通常用いることがない９０°の位相ずれを起こさせるための位相シフター４０２ｂを形成する必要がある。このため、マスクの製造コストが高くなってしまう。
【００１４】
また、前述した三菱電気株式会社の中尾修治らのモニタリング方法では、二重露光を行わなければ検査パターン（測定用パターン）を転写できない。したがって、この方法によるフォーカスモニターを量産現場に適用すると、露光に掛かる時間が増加するため、生産性が低下する。また、この方法でフォーカス位置を高精度に測定するためには、測定用パターンの位置ずれ量を数ｎｍの精度で読み取る必要がある。このため、二重露光を行う際に、１度目の露光と２度目の露光との間でマスクおよび転写基板が動かないようにする必要がある。このように数ｎｍの精度で読み取りが必要な場合において、測定に必要な精度を確保するためには、さらにその数分の一の位置精度、すなわち１ｎｍ以下の位置精度でマスクおよび転写基板の位置を保持し続ける必要がある。ところが、そのような精度でマスクおよび転写基板（受像体）の位置を保持し続けることは、現在の高い制御技術をもってしても非常に困難である。
【００１５】
さらに、以上説明したような問題があると、マスクパターンを適正な形状に転写することが困難になったり、ひいては所望する性能を発揮できる良品な半導体装置を製造することが困難になったりするおそれがある。
【００１６】
本発明は、以上説明したような課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、特殊なマスクを用いたり、あるいは煩雑な露光作業を行ったりする必要がなく、かつ、マスクおよび受像体の位置決め誤差を排除して、一般的な検査装置を用いて、露光装置の光学系の状態を低コストで、迅速に、高い精度で、かつ容易に測定できる露光装置の検査方法を提供することにある。また、適正な形状のマスクパターンの像を低コストで、迅速に、高い精度で、かつ容易に転写できる焦点位置を補正する露光方法を提供することにある。さらに、良品な半導体装置を低コストで、効率よく、かつ容易に製造できる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明に係る露光装置の検査方法は、互いに形状が異なる線形状に形成されて互いに平行に配置されている少なくとも一組の第１のマスクパターンおよび第２のマスクパターンを含むマスクパターンが形成されているマスクを露光装置の光軸からずれた方向から照明して、前記マスクパターンの像を受像体に向けて露光投影し、前記受像体に露光投影された前記第１および第２の各マスクパターンの像同士の相対距離を測定することにより、前記露光装置の光学系の状態を調べることを特徴とするものである。
【００１８】
この露光装置の検査方法においては、露光装置の光軸からずれた方向から照明されて受像体に露光投影された、互いに形状が異なる線形状に形成されて互いに平行に配置されている少なくとも一組の第１および第２の各マスクパターンの像同士の相対距離を測定する。したがって、特殊なマスクを用いたり、あるいは二重露光などの煩雑な露光作業を行ったりする必要がない。また、マスクおよび基板の位置決め誤差を排除できるとともに、いわゆる合わせずれ検査装置などの一般的な検査装置を用いて、第１および第２の各マスクパターンの像同士の相対距離を測定して、露光装置の光学系の状態を調べることができる。
【００１９】
また、前記課題を解決するために、本発明に係る焦点位置を補正する露光方法は、本発明に係る露光装置の検査方法により前記露光装置が備える投影光学系の焦点位置を測定し、その測定結果に基づいて前記半導体基板を前記露光装置の光軸方向に沿って移動させて、前記投影光学系の適正な焦点位置に配置した後、前記感光性材料に前記マスクパターンの像を露光投影して転写することを特徴とするものである。
【００２０】
この焦点位置を補正する露光方法においては、本発明に係る露光装置の検査方法により投影光学系の焦点位置を測定し、その測定結果に基づいて半導体基板を投影光学系の適正な焦点位置に配置した後、感光性材料にマスクパターンの像を露光投影して転写する。したがって、特殊なマスクを用いたり、あるいは二重露光などの煩雑な露光作業を行ったりする必要がない。また、マスクおよび基板の位置決め誤差を排除できるとともに、いわゆる合わせずれ検査装置などの一般的な検査装置を用いて焦点位置を適正な状態に補正して露光できる。
【００２１】
また、前記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係る露光装置の検査方法により前記露光装置の光学系の状態を調べ、その結果に基づいて前記露光装置の光学系を適正な状態に設定するとともに、一主面上に感光性材料が設けられている半導体基板を前記露光装置が備える投影光学系の適正な焦点位置に配置した後、前記感光性材料に半導体装置製造用のマスクパターンの像を転写してレジストパターンを形成する工程を含むことを特徴とするものである。
【００２２】
また、前記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係る露光装置の検査方法により前記投影光学系の焦点位置を測定し、その測定結果に基づいて前記投影光学系の焦点位置を適正な状態に設定するとともに、一主面上に感光性材料が設けられている半導体基板を前記投影光学系の適正な焦点位置に配置した後、前記感光性材料に半導体装置製造用のマスクパターンの像を転写してレジストパターンを形成する工程を含むことを特徴とするものである。
【００２３】
さらに、前記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係る焦点位置を補正する露光方法により前記投影光学系の焦点位置を適正な状態に補正するとともに、一主面上に感光性材料が設けられている半導体基板を前記投影光学系の適正な焦点位置に配置した後、前記感光性材料に半導体装置製造用のマスクパターンの像を転写してレジストパターンを形成する工程を含むことを特徴とするものである。
【００２４】
これらの半導体装置の製造方法においては、本発明に係る露光装置の検査方法または本発明に係る焦点位置を補正する露光方法により、投影光学系の焦点位置を適正な状態に設定したり、あるいは補正したりするなど、露光装置の光学系を適正な状態に設定するとともに、半導体基板を投影光学系の適正な焦点位置に配置して、感光性材料に半導体装置製造用のマスクパターンの像を転写してレジストパターンを形成する。したがって、露光装置の光学系の状態を低コストで、迅速に、高い精度で、かつ容易に適正な状態に設定して、適正な露光状態でレジストパターンを形成できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る露光装置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造方法を、図１〜図２９に基づいて、第１〜第４の各実施形態ごとに説明する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
先ず、本発明の第１実施形態を詳述するのに先立って、一般的な露光装置の構成の概略を、図１を参照しつつ説明する。図１においては、様々な種類の露光装置の中から、いわゆるテレセントリック光学系を有する縮小投影型の露光装置（ステッパー）５を例に挙げて図示する。
【００２７】
露光装置５は、図１に示すように、所定波長λを含む露光光７を発する光源（露光光源、照明光源）６、この照明光源６が発した露光光７（照明光７ａ）をマスクパターン４が形成されているマスク（レチクル）１に導く照明光学系８、マスク１を透過した露光光７（透過光７ｂ）によるマスクパターン４の像を受像体１３の一主面１３ａ上に導く投影光学系９などから構成されている。また、照明光源６と照明光学系８との間、つまり露光装置５の二次光源面側には、マスク１（マスクパターン４）を実質的に露光装置５の光軸１６からずれた方向から照明する状態を作り出すために、後述する大きさおよび形状からなる照明アパーチャー１２が配置される。
【００２８】
テレセントリック光学系を有する露光装置５の場合、図１中一点鎖線で示すように、露光装置５の光軸１６は一直線状になる。受像体１３は、マスクパターン４の像１４が露光投影される一主面１３ａが投影レンズ１１に対向する姿勢で、露光装置５（投影光学系９）の焦点位置（ｆ＝０）付近、すなわち投影レンズ１１の焦点位置付近に配置される。なお、図１等においては、露光光７の光線状態を理解し易くするために、露光光７の光線状態は幾何光学的かつ模式的に図示している。
【００２９】
次に、本発明の第１実施形態に係る露光装置の検査方法について、図１〜図１２を参照しつつ説明する。
【００３０】
先ず、露光装置５によるマスク１の照明について説明する。本実施形態においては、露光光７（照明光７ａ）として、波長λが２４６ｎｍであるＫｒＦエキシマレーザー光を用いる。また、露光装置５の投影光学系９の開口数ＮＡｐは、０．６８に設定されているものとする。
【００３１】
照明光学系８のコヒーレンシーσは、照明光学系８の開口数をＮＡｉとすると、次に示す式（１）で求めることができる。
【００３２】
σ＝ＮＡｉ／ＮＡｐ…（１）
本実施形態においては、露光装置５の照明コヒーレンシーσは、最大０．８５σまで拡大可能とする。また、本発明に係る露光装置の検査方法においては、マスク１に形成されているマスクパターン４を露光装置５の光軸１６に沿った方向からずれた方向から照明する。本実施形態においては、そのようないわゆる軸外れ状態での照明（露光）を実現する際のσとして、０．３σの値を用いることとした。この軸外れ状態での照明を光学的に規格化すると、照明光源６の光軸１６からのずれ量（軸外れ量）と照明光源６の大きさとの関係は、図２に模式的に示すように定義できる。
【００３３】
図１および図２に模式的に示されている軸外れ状態での照明を実現させるために、本実施形態においては、照明アパーチャー１２を用いる。照明アパーチャー１２は、照明光源６が発する照明光７ａを遮光する遮光部１２ａと、この遮光部１２ａを貫通して設けられ、照明光源６が発する照明光７ａが通過可能な光通過孔１２ｂとから構成されている。遮光部１２ａは、照明光源６が発する照明光７ａの大部分を遮光できるように、その半径の大きさが露光装置５の照明コヒーレンシーσの最大値０．８５σと同等の大きさの円形状に形成されている。また、光通過孔１２ｂは、照明光７ａの一部が通過できるように、その半径の大きさが軸外れ状態での露光装置５の実質的な照明コヒーレンシーσの値となる０．３σと同等の大きさの円形状に形成されている。
【００３４】
さらに、図２に示すように、光通過孔１２ｂは、その中心Ｃ２を遮光部１２ａの中心Ｃ１から所定量Ｄｃずらされた位置に設けられている。この光通過孔１２ｂのずらし量Ｄｃは、光通過孔１２ｂの中に遮光部１２ａの中心Ｃ１を含まないように、光通過孔１２ｂの半径よりも大きく設定されている。
【００３５】
以上説明した照明アパーチャー１２を、その遮光部１２ａの中心Ｃ１が露光装置５の光軸１６（光軸１６の中心）と一致するように配置する。すると、照明光源６から発せられる露光光７は、その大部分が遮光部１２ａによって遮光されて、光通過孔１２ｂを通過した露光光７だけが照明光７ａとなって照明光学系８の照明レンズ１０の瞳の中に到達する。この場合、照明光源６は、その中心が露光装置５の光軸１６の中心から実質的に所定量Ｄｃずらされた状態に設定されることになる。これにより、マスク１に形成されているマスクパターン４を、露光装置５の光軸１６に沿った方向からずれた方向から照明することができる。具体的には、図１中白抜き矢印に示すように、露光光７（照明光７ａ）の主光線１５を、マスクパターン４に対して光軸１６から傾いた方向から照射できる。軸外れの照明状態で照射された主光線１５は、図１中白抜き矢印で示される光路に略沿って、露光光７（投影光７ｃ）の一部として受像体１３に到達する。
【００３６】
本実施形態においては、マスクパターン４の像１４が露光投影される受像体として、一主面（表面）１３ａ上に感光性材料（フォトレジスト）１７が塗布された半導体基板１３を用いるものとする。したがって、測定するマスクパターン４の像として、露光投影によりフォトレジスト１７に転写されて形成されたレジストパターン１４を測定するものとする。
【００３７】
次に、本実施形態に用いられるマスク１、およびこのマスク１の一主面上に形成されているマスクパターン４について説明する。マスク１は、例えばガラスなどの光透過性を有する材料から形成されたマスク基板（マスク本体）２、および例えばクロム（Ｃｒ）などの遮光性を有する材料によって形成された遮光体３などから構成されている。マスクパターン４は、図３に示すように、一組の互いに形状が異なる第１のマスクパターン４ａおよび第２のマスクパターン４ｂから構成されている。本実施形態においては、それら一組の第１マスクパターン４ａおよび第２マスクパターン４ｂは、互いに幅が異なる２本の平行線４ａ，４ｂから構成されている。
【００３８】
具体的には、第１マスクパターン４ａは、図３に示すように、所定の大きさの幅ＷＴを有する比較的細い線形状（帯形状）として形成されている。これに対して第２マスクパターン４ｂは、第１マスクパターン４ａと同等の長さを有するとともに、第１マスクパターン４ａの幅ＷＴよりも広い所定の大きさの幅ＷＦを有する比較的太い線形状（帯形状）として形成されている。また、第１マスクパターン４ａおよび第２マスクパターン４ｂは、それらのマスク基板２上における相対的な間隔（相対距離）Ｄ１Ｍを、所定の大きさ離された状態で互いに平行に配置されている。この相対距離Ｄ１Ｍの大きさは、少なくともフォトレジスト１７上に露光投影される第１マスクパターン４ａおよび第２マスクパターン４ｂのそれぞれの像１４同士が、互いに重なり合わない程度の大きさを有するように予め設定される。実質的には、第１マスクパターン４ａおよび第２マスクパターン４ｂの相対距離Ｄ１Ｍは、比較的太い線である第２マスクパターン４ｂの幅ＷＦよりも広く開けることが好ましい。これにより、第１および第２の両マスクパターン４ａ，４ｂの像１４同士の、フォトレジスト１７上における干渉を無視することができる。
【００３９】
以上説明したようなマスクパターン４が形成されているマスク１を、露光装置５を用いて前述した軸外れ状態で照明し、第１マスクパターン４ａおよび第２マスクパターン４ｂのそれぞれの像１４をフォトレジスト１７上に露光投影する。以下、フォトレジスト１７上に露光投影された第１および第２の両マスクパターン４ａ，４ｂのそれぞれの像１４について説明する。
【００４０】
なお、前述したように露光装置５は縮小投影型の露光装置であり、一般にはマスク上のマスクパターンと、実際に投影露光されるマスクパターンの像とは、それらの大きさを直接比較することはできない。そこで、以下の説明においては、マスクパターン４と、マスクパターン４の像１４との比較を容易にするために、それらの寸法などを、同じ倍率（縮小率）に設定（修正）したものとして述べることとする。
【００４１】
図４は、前述したように、照明光源６の光軸１６からの軸外れ量Ｄｃの大きさを０．３σに設定した軸外れ状態でマスクパターン４を照明した場合の、フォトレジスト１７に形成されたレジストパターン１４を示すものである。すなわち、第１マスクパターン４ａおよび第２マスクパターン４ｂのそれぞれに対する第１レジストパターン１４ａおよび第２レジストパターン１４ｂを示したものである。ここで、第１レジストパターン１４ａおよび第２レジストパターン１４ｂの相対的な間隔（相対距離）をＤ１Ｗとする。
【００４２】
照明光源６の軸外れ量Ｄｃが０．３σの場合における、半導体基板１３（フォトレジスト１７の表面）の投影光学系９（露光装置５）の焦点位置（ｆ＝０）からの位置ずれ量ｄ（ディフォーカス量ｄ）と、フォトレジスト１７の表面上に投影される一般的な線形状のマスクパターン（孤立線パターン）の像の所望の投影位置からの位置ずれ量との相関関係を、孤立線の線幅の大きさごとに表したグラフとして、図５および図６に示す。図５は、孤立線の線幅が０．２μｍ以下の場合を示した図であり、図６は孤立線の線幅が０．２５μｍ以上の場合を示した図である。図５から明らかなように、孤立線の線幅が０．２μｍ以下のマスクパターンの像は、半導体基板１３の焦点位置（ｆ＝０）からの位置ずれ量ｄの大きさに拘らず、その位置ずれ量は僅かであり、殆ど無視し得る測定誤差の範囲内である。例えば最大でも０．０２μｍ程度である。これに対して、孤立線の線幅が０．２５μｍ以上のマスクパターンの像は、図６から明らかなように、孤立線の線幅が０．２μｍ以下のマスクパターンの像に比較して、その４倍〜５倍程度の量の位置ずれを起こす。
【００４３】
本発明に係る露光装置の検査方法は、以上説明した孤立線の線幅の大きさに応じた位置ずれ現象と、半導体基板１３の焦点位置（ｆ＝０）からの位置ずれ量ｄとの相関関係を用いて露光装置５の光学系の状態を調べることを特徴としている。特に、この第１実施形態に係る露光装置の検査方法は、そのような相関関係を利用して、投影光学系９（露光装置５）の焦点位置（ｆ＝０）を調べるものである。したがって、本実施形態においては、比較的細い線幅を有する孤立線として形成されている第１マスクパターン４ａの線幅ＷＴを０．２μｍ以下とし、比較的太い線幅を有する孤立線として形成されている第２マスクパターン４ｂの線幅ＷＦを０．２５μｍ以上としてそれぞれ設定した。このような寸法に形成された第１マスクパターン４ａおよび第２マスクパターン４ｂを、それぞれマスク基板２上に図３に示すように配置して露光する。具体的には、第１マスクパターン４ａの幅ＷＴを０．１５μｍに、また第２マスクパターン４ｂの幅ＷＦを１．０μｍに、それぞれ設定した。
【００４４】
以上説明したように、互いに異なる線幅からなる一組のマスクパターン４ａ，４ｂを用いた場合、比較的太いマスクパターンである、１．０μｍの線幅を有する第２マスクパターン４ｂを軸外れ状態で照明すると、図７（ａ）に示すように、露光光７のうち、略主光線１５付近のみの回折光１６によって第２レジストパターン１４ｂが形成される。したがって、半導体基板（投影基板）１３が、図１中実線で示すように、投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）、好ましくは最良の焦点位置（ベストフォーカス位置：Ｆｂ）から所定量ｄずれた位置（ディフォーカス位置：Ｆｄ）に配置されていると、そのディフォーカス量ｄに応じて第２レジストパターン１４ｂが形成される位置もずれる。なお、本実施形態においては説明を簡潔にするため、図１に示すように、投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）とベストフォーカス位置Ｆｂとを同じ位置とする。
【００４５】
他方、比較的細いマスクパターンである、０．１５μｍの線幅を有する第１マスクパターン４ａを軸外れ状態で照明すると、図７（ｂ）に示すように、回折光１６が主光線１５を中心としてその周りに広がる。すなわち、投影レンズ１１の瞳の一部だけではなく、その略全面からフォトレジスト１７に到達する露光光７（投影光７ｃ）によって第１レジストパターン１４ａが形成される。したがって、半導体基板１３がディフォーカス位置Ｆｄに配置されていても、第１レジストパターン１４ａが形成される位置がずれるおそれは殆どない。
【００４６】
したがって、比較的太い孤立線からなる第２マスクパターン４ｂおよび比較的細い孤立線からなる第１マスクパターン４ａのそれぞれの、露光投影後の像１４としての第２レジストパターン１４ｂおよび第１レジストパターン１４ａの位置を測定することにより、半導体基板１３の最良の焦点位置Ｆｂからのディフォーカス量ｄを測定することができる。
【００４７】
ここで、露光光７の波長λ、および投影光学系の開口数ＮＡｐを用いて、いわゆる光学的な規格化量Ｋを次に示す式（２）で定義する。
【００４８】
Ｋ＝λ／ＮＡｐ…（２）
第１および第２の各マスクパターン４ａ，４ｂのそれぞれの線幅ＷＴ，ＷＦを、前記式（２）で定義される規格化量Ｋで除して規格化した値、いわゆる規格化寸法で表す。これにより、本発明に係る露光装置の検査方法の各種設定条件を、この第１実施形態とは異なる照明波長や開口数からなる露光装置に容易に適用（拡張）できる。同様に、第１レジストパターン１４ａおよび第２レジストパターン１４ｂのそれぞれの位置ずれ量や、あるいは投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）などの各種の光学的な量も、Ｋで除して規格化した値で表すことができる。例えば、前述した線幅が０．２μｍ以下の比較的細い孤立線は、その規格化寸法が０．５５以下の線として、また線幅が０．２５μｍ以上の比較的太い孤立線は、その規格化寸法が０．６９以上の線として、それぞれ表すことができる。
【００４９】
ここで、半導体基板１３の投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）からのディフォーカス量ｄと、フォトレジスト１７に形成される第１レジストパターン１４ａおよび第２レジストパターン１４ｂの相対的な位置ずれ量（Ｄ１Ｗ−Ｄ１Ｍ）との相関関係を、照明光源６の軸外れ量（軸ずらし量）の大きさごとに表したグラフとして、図８に示す。この図８から明らかなように、照明光源６の軸外れ量の大きさが０．３σ以上の場合には、半導体基板１３のディフォーカス量ｄと、第１レジストパターン１４ａおよび第２レジストパターン１４ｂの相対的な位置ずれ量（Ｄ１Ｗ−Ｄ１Ｍ）との相関関係は略同じである。ところが、照明光源６の軸外れ量の大きさが０．１σの場合には、それら両者の相関関係は明らかに異なる挙動を示している。
【００５０】
これは、たとえ照明光源６の中心が光軸１６の中心からずらされた軸外れ状態に設定されていても、照明光源６が実質的に光軸１６を含んでいる状態では、投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）を検出する感度が大きく低下することを意味するものである。したがって、軸外れ状態の照明光源６の光軸１６からの軸外れ量Ｄｃは、その照明コヒーレンシーσの値よりも大きい値に設定されていることが好ましい。具体的に説明すると、本実施形態においては、軸外れ状態の照明光源６の照明コヒーレンシーσの値は０．３σに設定されているので、照明光源６の軸外れ量Ｄｃは、０．３σよりも大きい値に設定されていることが好ましい。
【００５１】
本実施形態の露光装置の検査方法においては、前述したように、第１マスクパターン４ａおよび第２マスクパターン４ｂのそれぞれに対応する第１レジストパターン１４ａおよび第２レジストパターン１４ｂを形成し、それらの相対距離Ｄ１Ｗを測定する。そして、このＤ１Ｗの値と、マスク１上の第１マスクパターン４ａおよび第２マスクパターン４ｂの相対距離Ｄ１Ｍの値とを用いて、第１レジストパターン１４ａおよび第２レジストパターン１４ｂの相対的な位置ずれ量（Ｄ１Ｗ−Ｄ１Ｍ）を求める。この位置ずれ量（Ｄ１Ｗ−Ｄ１Ｍ）を、照明光源６の軸外れ量など、露光装置５の各種露光条件などに応じて、図８に示されている各特性グラフに照らし合わせる。これにより、半導体基板１３の投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）からのディフォーカス量ｄを、その測定誤差を実質的に無視し得る範囲内に抑えて求めることができる。また、第１レジストパターン１４ａおよび第２レジストパターン１４ｂの相対距離Ｄ１Ｗを測定にあたっては、一般的な露光装置の検査に用いられている、いわゆる合わせずれ検査装置などの一般的な検査装置を用いることができる。
【００５２】
以上説明したように、本発明に係る露光装置の検査方法によれば、特殊なマスクを用いたり、あるいは二重露光などの煩雑な露光作業を行ったりする必要がない。また、マスク１および半導体基板１３の位置決め誤差などを排除できるとともに、いわゆる合わせずれ検査装置などの一般的な検査装置を用いて第１マスクパターン４ａおよび第２マスクパターン４ｂのそれぞれに対応する第１レジストパターン１４ａおよび第２レジストパターン１４ｂの相対距離Ｄ１Ｗを測定して、露光装置５の光学系の状態を調べることができる。したがって、露光装置５の光学系の状態を低コストで、迅速に、高い精度で、かつ容易に測定できる。特に、この第１実施形態の露光装置の検査方法においては、露光装置５（投影光学系９）の焦点位置（ｆ＝０）を低コストで、迅速に、高い精度で、かつ容易に測定できる。
【００５３】
次に、本発明の第１実施形態に係る焦点位置を補正する露光方法について説明する。
【００５４】
前述した本発明の第１実施形態に係る露光装置の検査方法により求められた、半導体基板１３の投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）からのディフォーカス量ｄに基づいて半導体基板１３を光軸１６の方向に沿って移動させ、フォトレジスト１７の表面を投影光学系９のベストフォーカス位置Ｆｂに一致するように配置する。すなわち、半導体基板１３を適正な焦点位置（ｆ＝０）に配置することにより、実質的に投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）を補正する。これにより、焦点が合った適正な状態でマスクパターン４の像１４をフォトレジスト１７上に露光投影して転写できる。したがって、良好なパターン転写が可能となる。
【００５５】
以上説明したように、本発明に係る焦点位置を補正する露光方法によれば、特殊なマスクを用いたり、あるいは二重露光などの煩雑な露光作業を行ったりする必要がない。また、マスク１および半導体基板１３の位置決め誤差などを排除しできるとともに、いわゆる合わせずれ検査装置などの一般的な検査装置を用いて焦点位置を補正して露光できる。したがって、適正な形状のマスクパターン４の像１４を低コストで、迅速に、高い精度で、かつ容易に転写できる。なお、この本発明に係る焦点位置を補正する露光方法によって像が転写されるマスクパターンは、検査用のマスクパターン４のみならず、実際の製品としての半導体装置を製造する際に転写されるマスクパターンを含んでも構わないのはもちろんである。
【００５６】
次に、本発明に係る半導体装置の製造方法について説明する。
【００５７】
この半導体装置の製造方法は、本発明に係る露光装置の検査方法により露光装置５の光学系の状態を調べ、その結果に基づいて露光装置５の光学系を適正な状態に設定するとともに、一主面１３ａ上に感光性材料（フォトレジスト）１７が設けられている半導体基板１３を露光装置５が備える投影光学系９の適正な焦点位置（ｆ＝０）に配置した後、フォトレジスト１７に図示しない半導体装置製造用のマスクパターンの像を転写してレジストパターンを形成する工程を含むことを前提とするものである。
【００５８】
特に、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法は、前述した本発明の第１実施形態に係る焦点位置を補正する露光方法により、投影光学系９の焦点位置を適正な状態に補正するとともに、一主面１３ａ上にフォトレジスト１７が設けられている半導体基板１３を投影光学系９の適正な焦点位置（ｆ＝０）に配置した後、フォトレジスト１７に図示しない半導体装置製造用のマスクパターンの像を転写してレジストパターンを形成する工程を含むことを特徴とするものである。
【００５９】
前述した本発明の第１実施形態に係る焦点位置を補正する露光方法によれば、適正な形状のマスクパターン４の像を低コストで、迅速に、高い精度で、かつ容易にフォトレジスト１７に転写できる。したがって、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、適正な露光状態で適正な形状の半導体装置製造用のレジストパターンを、低コストで、迅速に、高い精度で、かつ容易に形成できる。この結果、良品な半導体装置を低コストで、効率よく、かつ容易に製造できる。
【００６０】
また、この第１実施形態に用いられるマスクは、前述した第１マスクパターン４ａおよび第２マスクパターン４ｂの一組から構成されたマスクパターン４が形成されているマスク１に限定されるものではない。例えば、図９に示すように、前述した第１マスクパターン４ａおよび第２マスクパターン４ｂを、それらの幅方向に対して鏡面対称となるようにマスク基板２２上に配置した、少なくとも一対のマスクパターンを含んで構成されるマスクパターン２４が形成されているマスク２１を用いても構わない。
【００６１】
このマスクパターン２４において、例えば一対の細い孤立線からなる第１マスクパターン２３ａ同士の中心位置をＴＭとし、また一対の太い孤立線からなる第２マスクパターン２３ｂ同士の中心位置をＦＭとする。図９に示すように、マスク基板２２上においては、ＴＭとＦＭとが一致するように、マスクパターン２４は形成されている。そして、前述した露光装置の検査方法と同様に、マスクパターン２４の像をフォトレジスト１７に転写して、図１０に示すように、レジストパターン２５を形成する。ここで、一対の第１マスクパターン２３ａに対応する第１レジストパターン２５ａ同士の中心位置をＴＷとし、また一対の第２マスクパターン２３ｂに対応する第２レジストパターン２５ｂ同士の中心位置をＦＷとする。
【００６２】
前述した原理により、一対の第１レジストパターン２５ａはそれらの位置が殆どずれないが、一対の第２レジストパターン２５ｂはそれらの位置がずれる。したがって、一対の第２レジストパターン２５ｂの中心位置ＦＷもずれる。このように、位置ずれが起きない一対の第１レジストパターン２５ａおよび位置ずれを起こした一対の第２レジストパターン２５ｂのそれぞれの中心位置ＴＷおよびＦＷを測定し、その測定結果に基づいてそれら両中心位置ＴＷおよびＦＷの相対的な間隔（相対距離）ΔＸ１の大きさを求める。この両中心位置ＴＷおよびＦＷの相対距離ΔＸ１が、両レジストパターン２５ａ，２５ｂの相対的な位置ずれ量に相当する。すなわち、相対距離ΔＸ１は、前述した第１レジストパターン１４ａおよび第２レジストパターン１４ｂの相対的な位置ずれ量（Ｄ１Ｗ−Ｄ１Ｍ）に相当する。
【００６３】
したがって、この位置ずれ量ΔＸ１を求めることにより、前述した露光装置の検査方法と同様に、投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）からの、半導体基板１３のディフォーカス量ｄを高い精度で求めることができる。その上、鏡面対称のマスクパターン２４が形成されているマスク２１を用いることにより、ディフォーカス量ｄの測定精度をより向上させることができる。ひいては、本発明に係る半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置の品質をより向上させることができる。
【００６４】
また、マスクパターン２４を構成する一対の第１マスクパターン２３ａおよび一対の第２マスクパターン２３ｂは、それらの幅方向に沿って内側と外側とを入れ換えて配置しても構わない。具体的には、図１１に示すように、一対の第１マスクパターン３３ａおよび一対の第２マスクパターン３３ｂがそれぞれ鏡面対称となるように、一対の第１マスクパターン３３ａの幅方向の内側に一対の第２マスクパターン３３ｂを配置して、マスク基板３２上にマスクパターン３４を形成する。このようなマスクパターン３４を有するマスク３１を用いて、本発明に係る露光装置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造方法を実施しても、前述したマスク２１を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【００６５】
さらに、マスクパターンは、前述したマスクパターン２４，３４のように、それらの幅方向に沿った一方向のみにおいて鏡面対称となるような構成には限られない。例えば、図１２に示すように、一対の第１マスクパターン４３ａおよび一対の第２マスクパターン４３ｂを、それぞれの幅方向において鏡面対称となるように配置する。それとともに、もう一対の第１マスクパターン４３ａおよび一対の第２マスクパターン４３ｂを、同じくそれぞれの幅方向において鏡面対称となるように、かつ、前記一対の両マスクパターン４３ａ，４３ｂの幅方向に対して直交するように配置する。このように、少なくとも二対の鏡面対称なマスクパターンを含む構成のマスクパターン４４を、マスク基板４２上に形成しても構わない。つまり、マスクパターン４４を、いわゆるバー・イン・バー・パターンとして形成しても構わない。
【００６６】
このマスクパターン４４ように、いわゆるバー・イン・バー・パターンのマスクパターンが形成されたマスク４１を用いる場合、図１２中白抜き矢印で示すように、バー・イン・バー・パターン４４を構成する各マスクパターン４３ａ，４３ｂに対して、斜め方向から露光光７の主光線１５を照射する設定とするとよい。これにより、ディフォーカス時において、二対の鏡面対称なマスクパターンによる像の互いに直行する二方向への位置ずれ量を測定できるので、ディフォーカス量ｄの測定精度をさらに向上させることができる。したがって、投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）からの、半導体基板１３のディフォーカス量ｄをさらに高い精度で求めることができる。ひいては、本発明に係る半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置の品質をさらに向上させることができる。
【００６７】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る露光装置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造方法について、図１３〜図２７を参照しつつ説明する。
【００６８】
この第２実施形態の露光装置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造方法は、それらを実行する際に用いるマスクに形成されているマスクパターンが、前述した第１実施形態の露光装置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造方法を実行する際に用いるマスクに形成されているマスクパターンと異なっているだけで、その他の構成および工程などは同様である。したがって、それらの異なっている部分について説明するとともに、前述した第１実施形態と同一の構成部分などについては同一符号を付してそれらの説明を省略する。
【００６９】
また、後述する本発明の第３および第４実施形態に係る露光装置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造方法の説明においても、この第２実施形態の説明と同様に、主に前述した本発明の第１実施形態と異なっている点について説明するものとする。
【００７０】
本発明の第２実施形態に係る露光装置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造方法においては、マスク基板５２上に、図１３に示すようなマスクパターン５５が形成されているマスク５１を用いる。マスクパターン５５は、一組の互いに形状が異なる第１のマスクパターン５３および第２のマスクパターン５４から構成されている。これら一組の第１マスクパターン４ａおよび第２マスクパターン４ｂは互いに平行に配置されている。
【００７１】
具体的には、第１マスクパターン５３は、図１３に示すように、所定の大きさの幅ＷＬを有する比較的細い線（帯）５３ａを比較的狭い間隔ＷＬで互いに等間隔に離間して、かつ、互いに平行に並べて配置した、複数本の平行線５３ａの集合体として構成されている。以下の説明において、複数本の比較的細い線からなる平行線５３ａを、まとめてライン部５３ａと称するとともに、ライン部５３ａ同士の間隔をスペース部５３ｂと称することとする。また、ライン部５３ａおよびスペース部５３ｂからなる、この第１マスクパターン５３を、ライン・アンド・スペース・パターン（Ｌ／Ｓパターン）５３と称することとする。このＬ／Ｓパターン５３のいわゆるピッチ（パターンピッチ）Ｐは、ライン部５３ａの幅の大きさＷＬおよびスペース部５３ｂの間隔の大きさＷＬを用いて、（ＷＬ＋ＷＳ）と表すことができる。
【００７２】
これに対して第２マスクパターン５４ｂは、図１３に示すように、第１マスクパターン（Ｌ／Ｓパターン）５３のライン部５３ａと同等の長さを有するとともに、第１マスクパターン４ａのライン部５３ａ幅ＷＬよりも広い所定の大きさの幅ＷＦを有する比較的太い孤立線（Ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｌｉｎｅ）（帯）として形成されている。以下の説明において、この第２マスクパターン５４ｂを、孤立ラインパターン（孤立線パターン、ＩＬパターン）５４と称することとする。
【００７３】
また、第１マスクパターン５３および第２マスクパターン５４は、それらのマスク基板５２上における相対距離Ｄ２Ｍを所定の大きさ離された状態で、互いに平行に配置されている。この相対距離Ｄ２Ｍの大きさは、少なくともフォトレジスト１７上に露光投影される第１マスクパターン５３および第２マスクパターン５４のそれぞれの像５６，５７同士が、互いに重なり合わない程度の大きさを有するように予め設定される。
【００７４】
図１４は、例えば照明光源６の光軸１６からの軸外れ量Ｄｃの大きさを０．３σに設定した軸外れ状態でマスクパターン５５を照明した場合の、フォトレジスト１７に形成されたレジストパターン１４を示すものである。すなわち、第１マスクパターン５３および第２マスクパターン５４のそれぞれの投影像としての、第１レジストパターン５６および第２レジストパターン５７を示したものである。第１マスクレジストパターン（Ｌ／Ｓレジストパターン）５６は、第１マスクパターン（Ｌ／Ｓパターン）５３と同様に、ライン部５６ａおよびスペース部５６ｂとして形成される。半導体基板１３の表面１３ａ上における、第１レジストパターン５６および第２レジストパターン５７の相対距離をＤ２Ｗとする。
【００７５】
次に、Ｌ／Ｓパターン５３の寸法などについて詳しく説明する。本発明の第２実施形態を実施するに当たり、Ｌ／Ｓパターン５３のピッチＰ（ＷＬ＋ＷＳ）は、次に述べる条件を満たす必要がある。
【００７６】
ディフォーカス量ｄの測定に適した適正な形状の第１レジストパターン５６および第２レジストパターン５７を形成するためには、露光光７（照明光７ａ）がＬ／Ｓパターン５３を通過する際に生じる０次回折光および１次回折光は、共に投影レンズ１１の瞳の中に入射しなければならない。以下、これらの回折光の状態について、図１５を参照しつつ説明する。入射角αでマスク１に到達した照明光７ａは、ピッチＰのＬ／Ｓパターン５３により回折し、回折角α＋βの回折光（透過光）７ｂとなって投影レンズ１１に向けて射出される。この際、ｓｉｎβが投影レンズ１１の開口数ＮＡｐより大きくなると、回折光７ｂは投影レンズ１１に入射することができない。したがって、ｓｉｎαが照明レンズ１０の開口数ＮＡｉに等しく、かつ、ｓｉｎβが投影レンズ１１の開口数ＮＡｐに等しくなるときが最大の回折角になる。これより、投影レンズ１１の開口数ＮＡｐ、および露光光７（照明光７ａ）の波長λを用いると、Ｌ／Ｓパターン５３のピッチＰは、次に示す式（３）の関係を満足していなければならない。
【００７７】
Ｐ＜λ／（ＮＡｐ＋ＮＡｉ）…（３）
ここで、αおよびβの角度は、照明光源６（図１５においてはその図示を省略する。）に広がりがある場合は、光軸１６により近い方の角度を取って考える必要がある。
【００７８】
また、本実施形態においては、等間隔の平行線からなるＬ／Ｓパターン５３は、半導体基板１３がディフォーカス位置Ｆｄにあっても（フォーカスが振れても）、その像５６の位置が所望の位置からずれない（変化しない）ような条件で形成されていることが望ましい。そのためには、図１５において、角度αと角度βとが略等しくなるようにすると良い。すなわち、ピッチＰは、次に示す式（４）の関係を満足することが望ましい。
【００７９】
Ｐ＝λ／２ｓｉｎα…（４）
この式（４）で表される関係を満足する場合、０次回折光と１次回折光とが光軸１６に対して対称な関係となっているので、結像位置が投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）からずれた位置になっても、像５６の位置は常に一定になる。また、この場合、照明光源６に広がりがある場合には、前述したように、αは光源６の中心の位置を考えるものとする。
【００８０】
次に、照明光源６の軸外れ量Ｄｃが０．５σの場合における、半導体基板１３の投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）からのディフォーカス量ｄと、フォトレジスト１７の表面上に投影される一般的なマスクパターンの像の、所望の投影位置からの位置ずれ量との相関関係を、マスクパターンの形状ごとに表したグラフとして、図１６および図１７に示す。図１６は孤立ラインパターン５４の場合であり、図１７はＬ／Ｓパターン５３の場合である。
【００８１】
図１６によれば、ディフォーカス量ｄが大きくなるに従い孤立ラインパターン５４の露光投影像（第２レジストパターン）５７の位置ずれ量が大きくなることが示されている。また、孤立ラインパターン５４の線幅ＷＦが０．４μｍ以上の場合には、その像５７の位置ずれ量は、孤立ラインパターン５４のパターンサイズによらず略一定になることが分かる。また、孤立ラインパターン５４の線幅ＷＦが０．２μｍ以下の場合には、それよりも大きなサイズのパターンに比べて像５７の位置ずれ量が比較的小さいことが分かる。これに対して、孤立ラインパターン５４の線幅ＷＦが０．２５μｍよりも太い場合には、孤立ラインパターン５４の線幅ＷＦが０．２μｍの場合に比べて、ディフォーカス時の像（パターン）５７の位置ずれ量が２倍以上になる。したがって、ディフォーカス時の第２パターンの露光投影像が位置ずれを起こすように設定するこの第２実施形態では、孤立ラインパターン５４の線幅ＷＦは０．２５μｍよりも太く形成されることが望ましい。
【００８２】
ここで、第１実施形態において式（２）で定義した規格化量Ｋを用いて、孤立ラインパターン５４の線幅ＷＦを規格化寸法で表す。この第２実施形態においては、露光光７の波長λは０．２４８μｍであり、投影レンズ１１（投影光学系９）の開口数ＮＡｐは０．６８である。したがって、規格化量Ｋはおおよそ０．３６５となり、前述した０．２５μｍ以上の幅を有する線は、規格化寸法で０．６９以上となる。
【００８３】
次に、図１７を参照しつつ、Ｌ／Ｓパターン５３のマスクパターンの場合について考察する。図１７によれば、Ｌ／Ｓパターン５３のピッチＰの大きさによって、半導体基板１３の投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）からのディフォーカス量ｄと、Ｌ／Ｓパターン５３の露光投影像（第１レジストパターン）５６の位置ずれ量との相関関係が大きく異なっていることが分かる。特に、ピッチＰの大きさを０．３６μｍとした場合は、他の大きさのピッチＰに比べてディフォーカス時の像５６の位置ずれ量が大変小さくなっていることが分かる。これは、Ｌ／Ｓパターン５３を透過した露光光７（透過光７ｂ）の回折光が、式（４）で示した条件を略満たしているためである。
【００８４】
前述したように、この場合の投影レンズ１１の開口数ＮＡｐは０．６８であり、照明光源６の軸外れ状態での照明コヒーレンシーσは０．５である。これらから、ｓｉｎα＝０．３４となる。また、波長λ＝２４８ｎｍを式（４）に代入すると、Ｐ＝３６４．７ｎｍとなり、Ｌ／Ｓパターン５３のピッチＰに略等しいことが分かる。すなわち、Ｌ／Ｓパターン５３のピッチＰの大きさを、式（４）の関係を略満たすように設定すれば、半導体基板１３がディフォーカスしても、Ｌ／Ｓパターン５３の像５６の位置は殆ど動かない（ずれない）。したがって、ディフォーカス時の第１マスクパターンの露光投影像が殆ど位置ずれを起こさないように設定するこの第２実施形態では、Ｌ／Ｓパターン５３のピッチＰの大きさは略０．３６μｍに形成されることが望ましい。
【００８５】
次に、第１マスクパターンとしてのＬ／Ｓパターン５３、および第２マスクパターンとしての孤立ラインパターン５４の寸法を、それぞれ具体的な大きさに設定した場合について説明する。孤立ラインパターン５４には、その像５７のディフォーカス時の位置ずれ量と、半導体基板１３のディフォーカス量ｄとが、略一定の相関関係を有するように位置ずれを起こす領域のパターンサイズとして、線幅ＷＦが１μｍのマスクパターンを選ぶ。また、Ｌ／Ｓパターン５３には、その像５６がディフォーカス時においても位置ずれを殆ど起こさない（像５６の位置がシフトしない）大きさのピッチＰとして、０．３６μｍの大きさのピッチＰを選ぶ。すなわち、Ｌ／Ｓパターン５３のライン部５３の幅ＷＬおよびスペース部５３ｂの幅ＷＳを、それぞれ０．１８μｍに設定する。以上説明した寸法からなるＬ／Ｓパターン５３および孤立ラインパターン５４を、図１３に示すように、相対距離Ｄ２Ｍを空けて互いに平行にマスク基板５２上に配置（形成）する。
【００８６】
マスク５１を用いて、Ｌ／Ｓパターン５３および孤立ラインパターン５４からなるマスクパターン５５の像を、図１４に示すように、半導体基板１３の表面１３ａ上に設けたフォトレジスト１７上に露光投影して転写し、レジストパターン５８を形成する。
【００８７】
この場合における、Ｌ／Ｓパターン５３と孤立ラインパターン５４との相対距離Ｄ２Ｍに対する、それぞれの像である第１レジストパターン５６と第２レジストパターン５７との相対距離Ｄ２Ｗとの差、すなわち位置ずれ量（Ｄ２Ｗ−Ｄ２Ｍ）を図１８に示す。図１８は、第１レジストパターン５６および第２レジストパターン５７の相対的な位置ずれ量（Ｄ２Ｗ−Ｄ２Ｍ）を、半導体基板１３が投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）にある場合の両レジストパターン５６，５７の相対距離Ｄ２Ｗを基準としてグラフに表したものである。すなわち図１８は、第１レジストパターン５６および第２レジストパターン５７がともに位置ずれを起こしていない（Ｄ２Ｗ−Ｄ２Ｍ＝０）場合を基準とした、両パターン５６，５７の相対距離Ｄ２Ｗの変化をグラフに表したものである。
【００８８】
図１８から明らかなように、半導体基板１３のディフォーカス量ｄと、第１レジストパターン５６および第２レジストパターン５７の相対的な位置ずれ量（Ｄ２Ｗ−Ｄ２Ｍ）とは、略一定の相関関係を有していることが分かる。したがって、第１レジストパターン５６および第２レジストパターン５７の相対的な位置ずれ量（Ｄ２Ｗ−Ｄ２Ｍ）を、図１８に示されている特性グラフに照らし合わせることにより、半導体基板１３のディフォーカス量ｄを高い精度で求めることができる。
【００８９】
なお、この第２実施形態では、第１のマスクパターン５３として、その露光投影される像（パターン）５６の位置が、半導体基板１３のディフォーカス時においてもシフトしない（ずれない）条件のマスクパターンを選んだ。しかし、場合によってはそのようなマスクパターンを選択することができないこともあり得る。例えば、Ｌ／Ｓパターン５３の像５６および孤立ラインパターン５４の像５７が、ともにずれてしまうようなマスクパターンを選択しなければならないこともあり得る。そのような場合であっても、Ｌ／Ｓパターン５３および孤立ラインパターン５４のそれぞれの寸法（ピッチおよび形状など）を、それらの像５６，５７のずれ量が互いにことなる大きさとなるように形成すればよい。これにより、孤立ラインパターン５４の像５７と周期性のある特定ピッチＰのＬ／Ｓパターン５３の像５６との相対距離Ｄ２Ｗを測定して、半導体基板１３のディフォーカス量ｄを求めることが可能であるのはもちろんである。
【００９０】
また、第１マスクパターン５３、あるいは第２マスクパターン５４に周期性を有する所定のピッチＰのパターン（Ｌ／Ｓパターン）を用いた場合、それぞれのマスクパターン群の幅方向両外側のパターンは周期性がないため、その像の位置ずれ量が異なってくる。このため、より正確な測定を望む場合は、周期パターン（Ｌ／Ｓパターン）の幅方向両外側のマスクパターンの像を、位置測定領域から除くことが望ましい。
【００９１】
その一手段として、例えば図１９（ａ）および（ｂ）に示すように、マスクパターンＡとしての周期パターン５３が形成されているマスク５１とともに、遮光性を有する材料によって形成されているマスク基板６２に、周期パターン５３の幅方向両外側部分のライン部５９ａ，５９ｂに対して光りが当たるようなマスクパターンＢとしての開口部６０ａ，６０ｂが設けられたマスク６１を用意する。そして、半導体基板１３上に周期パターン５３を露光した後、現像前にマスク６１を用いてその開口部６０ａ，６０ｂを周期パターン５３に重ね合わせて露光する。その後、両マスクパターンＡ，Ｂの像を現像する。すると、半導体基板１３の表面１３ａ上には、図２０に示すような像６４としてのレジストパターンＣが得られる。図２０中破線で示すように、周期パターン５３の幅方向両外側部分のライン部５９ａ，５９ｂに対応するレジストパターン６３ａ，６３ｂは、開口部６０ａ，６０ｂを露光することにより、現像時に溶けて無くなる。したがって、結果として、周期パターン５３のうち、周期性のある中央部分に対応するレジストパターン５６のみが残る。
【００９２】
このような方法を用いることにより、例えば重ね合わせ露光を行わなければならない場合、ステージの位置精度に多少の誤差が含まれていても、その誤差が露光される像（パターン）の位置そのものに影響を与えるおそれが殆どない。したがって、二重露光時に発生し易いステージ位置決め誤差を殆ど完全に無視できるディフォーカス位置測定用のレジストパターンを形成する、という目的を達成できる。
【００９３】
また、以上説明した本発明の第２実施形態を実施する際に用いられるマスクは、前述したＬ／Ｓパターン５３および孤立ラインパターン５４の一組からなるマスクパターン５５が形成されているマスク５１に限定されるものではない。例えば、第１マスクパターンおよび第２マスクパターンをともに所定のピッチで形成した周期パターン（Ｌ／Ｓパターン）から構成した、マスクパターンを有するマスクを用いても構わない。
【００９４】
例えば、図２１に示すように、第１マスクパターン７３として、ライン部７３ａの線幅ＷＬ１およびスペース部７３ｂの間隔ＷＳ１が、ともに０．１８μｍの大きさに形成された、０．３６μｍのピッチＰ１（ＷＬ１＋ＷＳ１）を有するＬ／Ｓパターン７３として形成する。また、第２マスクパターン７４として、ライン部７４ａの線幅ＷＬ２およびスペース部７４ｂの間隔ＷＳ２が、ともに０．２１μｍの大きさに形成された、０．４２μｍのピッチＰ２（ＷＬ２＋ＷＳ２）を有するＬ／Ｓパターン７４として形成する。これら２つのＬ／Ｓパターン７３およびＬ／Ｓパターン７４を、相対距離をＤ３Ｍとして離間させた状態で、互いに平行となるようにマスク基板７２上に配置する。
【００９５】
このように、互いにピッチが異なる２種類のＬ／Ｓパターン７３，７４から構成されるマスクパターン７５が形成されたマスク７１を用いて、図２２に示すように、測定用のレジストパターン７８を形成する。マスク５１を用いた場合と同様に、第１のＬ／Ｓパターン７３の像としての第１レジストパターン（第１Ｌ／Ｓレジストパターン）７６は、ライン部７６ａおよびスペース部７６ｂとして形成される。同じく、第２のＬ／Ｓパターン７４の像としての第２レジストパターン（第２Ｌ／Ｓレジストパターン）７７は、ライン部７７ａおよびスペース部７７ｂとして形成される。半導体基板１３の表面１３ａ上における、第１Ｌ／Ｓレジストパターン５６および第２Ｌ／Ｓレジストパターン５７の相対距離をＤ３Ｗとする。
【００９６】
マスク７１を用いた場合、半導体基板１３のディフォーカス量ｄと、第１レジストパターン７６および第２レジストパターン７７の相対的な位置ずれ量（Ｄ３Ｗ−Ｄ３Ｍ）とは、図２３に示すように、略一定の相関関係を有していることが分かる。したがって、第１Ｌ／Ｓレジストパターン７６および第２Ｌ／Ｓレジストパターン７７の相対的な位置ずれ量（Ｄ３Ｗ−Ｄ３Ｍ）を、図２３に示されている特性グラフに照らし合わせることにより、半導体基板１３のディフォーカス量ｄを高い精度で求めることができる。
【００９７】
あるいは、図２４に示すようなマスクパターン８５が形成されたマスク８１を用いても構わない。このマスク８１に形成されているマスクパターン８５は、前述したマスク５１に形成されている一組のマスクパターン５５を、それらの幅方向に対して鏡面対称となるようにマスク基板８２上に配置したものである。
【００９８】
このマスクパターン８５において、例えばＬ／Ｓパターン８３同士の中心位置をＣＭとし、また太い孤立線からなるパターン８４同士の中心位置をＳＭとする。図２４に示すように、マスク基板８２上においては、ＣＭとＳＭとが一致するようにマスクパターン８５が形成されている。そして、前述した露光装置の検査方法と同様に、マスクパターン８５の像を半導体基板１３の表面１３ａ上に設けられているフォトレジスト１７に転写して、図２５に示すように、レジストパターン８８を形成する。ここで、一対のＬ／Ｓパターン８３によるレジストパターン８６同士の中心位置をＣＷとし、また一対の太い孤立線からなるパターン８４によるレジストパターン８７同士の中心位置をＳＷとする。
【００９９】
前述した原理により、一対のレジストパターン８６はそれらの位置が殆どずれないが、一対のレジストパターン８７はそれらの位置がずれる。したがって、一対のレジストパターン８７の中心位置をＳＷもずれる。このように、位置ずれが起きない一対のレジストパターン８６および位置ずれを起こした一対のレジストパターン８７のそれぞれの中心位置ＣＷおよびＳＷを測定し、その測定結果に基づいてそれら両中心位置ＣＷおよびＳＷの相対的な間隔（相対距離）ΔＸ２の大きさを求める。この両中心位置ＣＷおよびＳＷの相対距離ΔＸ２が、両レジストパターン８６，８７の相対的な位置ずれ量に相当する。すなわち、相対距離ΔＸ２は、前述した第１レジストパターン５６および第２レジストパターン５７の相対的な位置ずれ量（Ｄ２Ｗ−Ｄ２Ｍ）に相当する。
【０１００】
したがって、この位置ずれ量ΔＸ２を求めることにより、前述した露光装置の検査方法と同様に、投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）からの、半導体基板１３のディフォーカス量ｄをより高い精度で求めることができる。ひいては、本発明に係る半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置の品質をより向上させることができる。
【０１０１】
また、マスクパターン８５を構成する一対のＬ／Ｓパターン８３および一対の太い孤立線からなるパターン８４は、それらの幅方向に沿って内側と外側とを入れ換えて配置しても構わない。具体的には、図２６に示すように、一対のＬ／Ｓパターン９３および一対の太い孤立線からなるパターン９４がそれぞれ鏡面対称となるように、一対の太い孤立線からなるパターン９４の幅方向の内側に一対のＬ／Ｓパターン９３を配置して、マスク基板９２上にマスクパターン９５を形成する。このようなマスクパターン９５を有するマスク９１を用いて、本発明に係る露光装置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造方法を実施しても、前述したマスク８１を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【０１０２】
さらに、マスクパターンは、前述したマスクパターン８５，９５のように、それらの幅方向に沿った一方向のみにおいて鏡面対称となるような構成には限られない。例えば、図２７に示すように、一対のＬ／Ｓパターン１０３および一対の太い孤立線からなるパターン１０４を、それぞれの幅方向において鏡面対称となるように配置する。それとともに、もう一対のＬ／Ｓパターン１０３および一対の太い孤立線からなるパターン１０４を、同じくそれぞれの幅方向において鏡面対称となるように、かつ、前記一対の両パターン１０３，１０４の幅方向に対して直交するように配置する。このように、少なくとも二対の鏡面対称なパターンを含む構成のマスクパターン１０５を、マスク基板１０２上に形成しても構わない。つまり、マスクパターン１０５を、いわゆるバー・イン・バー・パターンとして形成しても構わない。
【０１０３】
このマスクパターン１０５ように、いわゆるバー・イン・バー・パターンのマスクパターンが形成されたマスク１０１を用いる場合、図２７中白抜き矢印で示すように、バー・イン・バー・パターン１０５を構成する各パターン１０３，１０４に対して、斜め方向から露光光７の主光線１５を照射する設定とするとよい。これにより、ディフォーカス時において、二対の鏡面対称なパターンによる像の互いに直行する二方向への位置ずれ量を測定できるので、ディフォーカス量ｄの測定精度をさらに向上させることができる。したがって、投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）からの、半導体基板１３のディフォーカス量ｄをさらに高い精度で求めることができる。ひいては、本発明に係る半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置の品質をさらに向上させることができる。
【０１０４】
ここで、前述したように、図２４〜２７に示された太いパターン８４，８７，９４，１０４は、図２１等での説明にあるように、Ｌ／Ｓパターンであっても何ら問題はない。
【０１０５】
この第２実施形態の露光装置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造方法は、以上説明した点以外は、第１実施形態の露光装置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造方法と同じであり、本発明が解決しようとする課題を解決できるのはもちろんである。
【０１０６】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る露光装置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造方法について、図２８を参照しつつ説明する。
【０１０７】
この第３実施形態は、前述した本発明に係る第１および第２実施形態の露光装置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造方法を実行するに際して、照明アパーチャーを用いること無く、照明光源を実質的に光軸からずらした軸外れ状態に設定してマスクを照明できるようにするものである。
【０１０８】
図２８に示すように、マスクパターン４に対応したマスク基板２の裏面（パターン面の裏側の面、照明光源側主面）での平面一、またはその近傍に遮光部材としての遮光帯２０１を配置する。この遮光帯２０１により、照明光源６から発せられた露光光７（照明光７ａ）のうち、光軸に沿ってマスクパターン４を照明する露光光７（照明光７ａ）のを遮光する。遮光帯２０１は、マスクパターン（測定パターン）４が形成されている領域に対向するように、すなわちマスクパターン４をその裏面側から実質的に隠すように配置する。このように遮光帯２０１を配置することで、マスクパターン４に向かって、その光軸方向に沿った直上方向から入射する照明光７ａを遮光できる。それとともに、マスクパターン４に向かって、その斜め方向から入射する照明光７ａも、その一方向の成分のみがマスクパターン４に到達できる状態に設定することができる。したがって、照明アパーチャー１２を用いること無く、照明光７ａを光軸の中心から実質的に外れた状態に設定して、軸外れの状態でマスクパターン４を照明することが実現できる。
【０１０９】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る露光装置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造方法について、図２９を参照しつつ説明する。
【０１１０】
この第４実施形態は、前述した第３実施形態と同様に、照明アパーチャーを用いること無く、照明光源を実質的に光軸からずらした軸外れ状態に設定してマスクを照明できるようにするものである。
【０１１１】
図２９に示すように、マスク基板２の裏面（パターン面の裏側の面、照明光源側主面）と光学的に略共役なブラインド面３０１、またはその近傍に遮光部材としての遮光帯３０２を配置する。この状態で測定用のマスクパターン４を照明することによって、前記第３実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、マスクパターン４に向かって、その光軸方向に沿った直上方向から入射する照明光７ａを遮光できる。それとともに、マスクパターン４に向かって、その斜め方向から入射する照明光７ａも、その一方向の成分のみがマスクパターン４に到達できる状態に設定することができる。したがって、照明アパーチャー１２を用いること無く、照明光７ａを光軸の中心から実質的に外れた状態に設定して、軸外れの状態でマスクパターン４を照明することが実現できる。
【０１１２】
また、上記の第３および第４の２つの実施形態では、遮光帯をパターン面よりも照明側の方に設置するように説明しているが、パターン面よりも投影光学系の方に遮光帯を配置しても構わない。このような配置を行っても、パターンを透過してくる回折光の一部を遮光することによって実質的に軸外れ照明の状態を作り出すことができる。
【０１１３】
なお、本発明に係る露光装置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造方法は、前述した第１〜第４実施形態には制約されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、それらの構成や、あるいは工程などの一部を種々様々な設定に変更したり、あるいは各種設定を組み合わせて用いたりして実施することができる。
【０１１４】
例えば、本発明を適用可能な露光装置は、テレセントリック光学系の露光装置には限られない。
【０１１５】
また、位置ずれ測定用のマスクパターンの像の相対位置の測定に際しては、その測定手段として電子顕微鏡を用いても良いし、あるいは光学的な測定装置を用いても良い。特に、前述したいわゆる合わせずれ検査装置を用いると、測定を迅速かつ容易に行うことが可能になる。
【０１１６】
また、マスクパターンが投影される受像体は、前述したフォトレジストが設けられた半導体基板には限られない。例えば、ＣＣＤ等の受光素子であっても同様な原理で測定可能である。この場合、受光素子の前にフィルターのようなものが設置されていても、基本的には半導体基板上への露光投影と同様に扱うことができる。
【０１１７】
また、本発明は露光装置（投影光学系）の焦点位置の検出を中心に述べたが、太い線や細い線の位置ずれは、光学系のコマ収差などによって発生することが知られている。例えば、本発明者らは、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ． ＶＯＬ．３７（１９９８）の３５５３ページに報告している。更に、周期的パターンの位置ずれと収差の関係についても本発明者らは、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ， ＶＯＬ．３８， Ｎｏ．１３（１９９９）の２８００ページに報告している。したがって、本発明は露光装置（投影光学系）の焦点位置の測定だけではなく、光学系の収差の測定も合わせてことも可能である。
【０１１８】
この場合の、本発明に係る露光装置の検査方法は、少なくとも一組の互いに形状が異なる第１のマスクパターンおよび第２のマスクパターンを含むマスクパターンが形成されているマスクを露光装置の光軸からずれた方向から照明して、前記マスクパターンの像を受像体に向けて露光投影し、前記受像体に露光投影された前記第１および第２の各マスクパターンの像同士の相対距離を測定することにより、露光装置が備える光学系の収差を調べることを特徴とする露光装置の検査方法、と表現することができる。
【０１１９】
さらに、前述した第１のマスクパターンおよび第２のマスクパターンからなる位置ずれ測定用（検査用）のマスクパターンを、実際の半導体装置の製造用のマスクパターンが形成されているマスクに一体に形成しても構わない。この場合、それぞれのマスクパターンによる像が互いに干渉し合わないように、位置ずれ測定用のマスクパターンと、半導体装置製造用のマスクパターンとを、所定の間隔だけ離間させて設ければよい。
【０１２０】
マスクを以上説明したような構成とすることにより、露光装置の光学系の検査および焦点位置を補正する露光方法と、実際の露光作業（リソグラフィ工程）とを、１枚のマスクで行うことができる。具体的には、実際の露光作業に先立って、前述した第１〜第４実施形態のいずれか方法によって、マスクを用いて露光装置の光学系が予め設定された条件を満足しているか否かを検査する。設定条件を満足していれば引き続き実際の露光作業に移る。設定条件を満足していなければ、設定条件を満足するように露光装置の光学系を調整した後、実際の露光作業に移る。このような方法によれば、実際の露光作業を行う前に、露光装置の光学系は常に適正な状態に設定されているので、精度の高い回路パターンを容易にウェーハに転写できる。ひいては、高性能の半導体装置をより迅速に、かつ容易に製造することができる。
【０１２１】
【発明の効果】
本発明に係る露光装置の検査方法によれば、特殊なマスクを用いたり、あるいは二重露光などの煩雑な露光作業を行ったりする必要がない。また、マスクおよび基板の位置決め誤差を排除できるとともに、いわゆる合わせずれ検査装置などの一般的な検査装置を用いて、第１および第２の各マスクパターンの像同士の相対距離を測定して、露光装置の光学系の状態を調べることができる。したがって、露光装置の光学系の状態を低コストで、迅速に、高い精度で、かつ容易に測定できる。
【０１２２】
また、本発明に係る焦点位置を補正する露光方法によれば、特殊なマスクを用いたり、あるいは二重露光などの煩雑な露光作業を行ったりする必要がない。また、マスクおよび基板の位置決め誤差を排除できるとともに、いわゆる合わせずれ検査装置などの一般的な検査装置を用いて焦点位置を適正な状態に補正して露光できる。したがって、適正な形状のマスクパターンの像を低コストで、迅速に、高い精度で、かつ容易に転写できる。
【０１２３】
さらに、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、露光装置の光学系の状態を低コストで、迅速に、高い精度で、かつ容易に適正な状態に設定して、適正な露光状態でレジストパターンを形成できるので、良品な半導体装置を低コストで、効率よく、かつ容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る露光装置の検査方法を模式的に示す図。
【図２】本発明の第１および第２実施形態に係る照明光の軸はずれ量を模式的に示す図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る露光装置の検査方法に用いるマスクを示す平面図。
【図４】図３のマスクを用いて基板上に形成されたレジストパターンを示す平面図。
【図５】図３のマスクを用いて形成された細いレジストパターンの位置ずれ量と基板の焦点位置からのずれ量との相関関係をパターンの太さごとに示す特性図。
【図６】図３のマスクを用いて形成された太いレジストパターンの位置ずれ量と基板の焦点位置からのずれ量との相関関係をパターンの太さごとに示す特性図。
【図７】本発明の各実施形態に係る露光装置の検査方法の測定原理を模式的に示す図。
【図８】図３のマスクにより形成された２種類のレジストパターンの相対的な位置ずれ量と基板の焦点位置からのずれ量との相関関係を軸はずれ量ごとに示す特性図。
【図９】図３のマスクの変形例を示す平面図。
【図１０】図９のマスクを用いて基板上に形成されたレジストパターンを示す平面図。
【図１１】図３のマスクの他の変形例を示す平面図。
【図１２】図３のマスクのさらに他の変形例を示す平面図。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る露光装置の検査方法に用いるマスクを示す平面図。
【図１４】図１３のマスクを用いて基板上に形成されたレジストパターンを示す平面図。
【図１５】マスクに入射する照明光とマスクに形成されているマスクパターンにより発生する回折光との回折角の関係を模式的に示す図。
【図１６】図１３のマスクによる孤立ラインのレジストパターンの位置ずれ量と基板の焦点位置からのずれ量との相関関係をパターンの太さごとに示す特性図。
【図１７】図１３のマスクによるＬ／Ｓのレジストパターンの位置ずれ量と基板の焦点位置からのずれ量との相関関係をピッチの大きさごとに示す特性図。
【図１８】図１３のマスクによるＬ／Ｓおよび孤立ラインの両レジストパターンの相対的な位置ずれ量と基板の焦点位置からのずれ量との相関関係を示す特性図。
【図１９】本発明の第２実施形態に係る露光装置の検査方法の精度を高める際に用いるマスクの特徴的な部分を拡大して示す平面図。
【図２０】図１９のマスクを用いて基板上に形成されたレジストパターンの特徴的な部分を拡大して示す平面図。
【図２１】図１３のマスクの変形例を示す平面図。
【図２２】図２１のマスクを用いて基板上に形成されたレジストパターンを示す平面図。
【図２３】図２１のマスクによるピッチが異なる２種類のＬ／Ｓのレジストパターンの相対的な位置ずれ量と基板の焦点位置からのずれ量との相関関係を示す特性図。
【図２４】図１３のマスクの他の変形例を示す平面図。
【図２５】図２４のマスクを用いて基板上に形成されたレジストパターンを示す平面図。
【図２６】図１３のマスクのまた他の変形例を示す平面図。
【図２７】図１３のマスクのさらに他の変形例を示す平面図。
【図２８】本発明の第３実施形態に係る露光装置の検査方法を模式的に示す図。
【図２９】本発明の第４実施形態に係る露光装置の検査方法を模式的に示す図。
【図３０】従来の技術に係る露光装置の検査方法に用いるマスクを模式的に示す断面図。
【図３１】従来の技術に係る露光装置の検査方法に用いる照明アパーチャーを模式的に示す平面図。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１，１０１…マスク
４，２４，３４，４４，５５，７５，８５，９５，１０５…マスクパターン
４ａ，２３ａ，３３ａ，４３ａ，５３，７３，８３，９３，１０３…第１マスクパターン
４ｂ，２３ｂ，３３ｂ，４３ｂ，５４，７４，８４，９４，１０４…第２マスクパターン
５…露光装置
６…照明光源（露光光源）
７…露光光
７ａ…照明光
７ｂ…透過光
７ｃ…投影光
８…照明光学系（露光装置の光学系）
９…投影光学系（露光装置の光学系）
１０…照明レンズ
１１…投影レンズ
１２…照明アパーチャー
１３…半導体基板（受像体）
１４，２５，５８，７８，８８…マスクパターンの像
１４ａ，２５ａ，５６，６４，７６，８６…第１レジストパターン（第１マスクパターンの像）
１４ｂ，２５ｂ，５７，７７，８７…第２レジストパターン（第２マスクパターンの像）
１５…露光光の主光線
１６…光軸
１７…フォトレジスト（感光性材料）
２０１，３０２…遮光帯（遮光部材）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for inspecting the state of an optical system of an exposure apparatus used in a semiconductor lithography process, an exposure method for correcting a focal position, and a method for manufacturing a semiconductor device using the exposure apparatus.
[0002]
[Prior art]
When a fine resist pattern is formed using a projection exposure apparatus (stepper) in a general photolithography process, the state of the optical system of the exposure apparatus, particularly the focus position (focus position) of the exposure apparatus is appropriate. If it is not set to, a so-called out-of-focus state is likely to occur, and it becomes difficult to form a desired fine pattern. In particular, as the transfer pattern is further miniaturized in recent years, the setting accuracy of the focal position of the exposure apparatus has become very important.
[0003]
For example, in a semiconductor device with a design rule of 0.13 μm, the depth of focus is less than 0.5 μm. In this case, it is desirable that the focus position setting accuracy can be set with an accuracy higher than 1/10 of the focal depth. Therefore, it is necessary to set the focal position with an accuracy of at least 0.05 μm. Needless to say, the setting is not only repetitive but also has no meaning unless the true focus position can be accurately measured. Thus, when manufacturing a semiconductor device having a design rule of 0.13 μm, it is important that the focal position of the exposure apparatus can be measured or monitored with an accuracy of at least 0.05 μm.
[0004]
As described above briefly with specific examples, for example, various techniques for accurately monitoring the focal position of an exposure apparatus from a transfer pattern by exposure have been developed.
[0005]
For example, one of them is a monitoring technique using a phase shift pattern. A representative example is Timothy Brunner et al. Of International Business Machines Corporation (IBM), Prco. SPIE vol. 2726 ('96), page 236.
[0006]
This method uses an original mask 401 having a cross-sectional structure as shown in FIG. The original mask 401 is composed of a mask body 402 having light transmissivity, a light shielding body 403 made of chromium, and the like, and monitoring (not shown) transferred onto a semiconductor substrate by exposure on one main surface of the mask body 402. A mask pattern is formed. The mask main body 402 has a reference surface 402a and a surface (phase shifter) 402b that is 90 ° different (shifted) in phase from the reference surface 402a, as shown in FIG. A light shield 403 is disposed in a boundary region with the phase shifter surface 402b. Furthermore, a reference pattern (not shown) is arranged on the reference surface 402a.
[0007]
The mask pattern is exposed on the semiconductor substrate using the original mask 401 described briefly above. At this time, if the position of the semiconductor substrate, that is, the focus of the exposure apparatus (not shown) is deviated from the best focus position (best focus position), it is formed in the boundary region between the reference surface 402a and the phase shifter surface 402b. The relative positions of the mask pattern (light-shielding body) 403 and the reference pattern (not shown) on the reference surface 402a transferred onto the semiconductor substrate change. In this case, it is known that the amount of deviation from the best focus position of the semiconductor substrate and the relative amount of positional deviation have a substantially linear relationship with each other. This method proposed by Timothy Brunner et al. Reads the amount of misalignment of each transfer pattern with, for example, a so-called misalignment inspection apparatus and applies the result to the above-described linear relationship, thereby adjusting the focus position of the exposure apparatus. It is intended to be monitored accurately.
[0008]
According to this method, it is not necessary to perform the operation of obtaining the best focus position of the exposure apparatus by inspecting a plurality of transferred patterns exposed by changing the position of the semiconductor substrate. That is, the best focus position of the exposure apparatus can be obtained by forming an inspection pattern for measuring the focus position of the exposure apparatus by one exposure and measuring the inspection pattern.
[0009]
Recently, a technique that can monitor the focus position of an exposure apparatus by measuring the amount of misalignment of a pattern using a misalignment inspection apparatus, as in the aforementioned monitoring method of Timothy Brunner et al. Osamu et al., 48th Japan Society of Applied Physics Related Conference Proceedings No. 2 (March 2001), page 733. This technique is not a special mask in which the phase shifter 402b is formed as described above, but an exposure apparatus that uses a general mask in which a mask pattern for inspection is formed only by a normal light-shielding film pattern made of chromium. The focus position can be monitored.
[0010]
This method uses an illumination aperture 501 that can be schematically represented in a size and shape as shown in FIG. 31 when optically normalized using the coherency σ of the illumination light source of the exposure apparatus. First, the illumination aperture 501 is arranged on the secondary light source surface side of the exposure apparatus so that the center of the illumination light source of the exposure apparatus (not shown) is at a position deviated from the optical axis of the exposure apparatus. Under such off-axis illumination conditions, a pattern of relatively large dimensions, for example 2 μm, is exposed. Similarly, a 2 μm pattern is exposed under illumination conditions in which the center of the illumination light source is substantially at the center of the optical axis. However, when exposure is performed under these two different illumination conditions, double exposure is performed so that each exposed pattern becomes a so-called box-in-box inspection pattern. More specifically, double exposure is performed in such a setting that the pattern formed under off-axis illumination conditions is the inner box, and the pattern formed under the axial illumination conditions is the outer box.
[0011]
Patterns exposed under off-axis illumination conditions cause misalignment while maintaining a substantially linear relationship according to the amount of focal position deviation, whereas patterns exposed under axial center illumination conditions Does not cause misalignment even if the position changes. Therefore, this method measures the focus position of the exposure device during exposure by measuring the relative displacement between the inner and outer patterns of the box-in-box inspection pattern using a misalignment inspection device. It is something to try.
[0012]
The reason why this method is feasible is that when a relatively thick pattern is projected, the light that illuminates the thick pattern on the mask hardly diffracts at a wide angle when passing through the mask. This is because it is possible to project only with diffracted light near the principal ray. In this method, the pattern formed on the mask is sufficient as the pattern formed from the light shielding film that is normally used, and does not need to be a special phase shift pattern.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
In the monitoring method of Timothy Brunner et al. Described above, it is necessary to form a phase shifter 402b on the original mask 401 for causing a 90 ° phase shift that is not normally used. This increases the manufacturing cost of the mask.
[0014]
Further, in the monitoring method of Nakao Shuji et al. Described above, an inspection pattern (measurement pattern) cannot be transferred unless double exposure is performed. Therefore, when the focus monitor according to this method is applied to a mass production site, the time required for exposure increases, and the productivity decreases. Further, in order to measure the focus position with high accuracy by this method, it is necessary to read the positional deviation amount of the measurement pattern with an accuracy of several nm. For this reason, when performing double exposure, it is necessary to prevent the mask and the transfer substrate from moving between the first exposure and the second exposure. Thus, when reading is required with an accuracy of several nm, in order to ensure the accuracy required for measurement, the position of the mask and the transfer substrate is further reduced by a fraction of the positional accuracy, that is, with a positional accuracy of 1 nm or less. Need to keep holding. However, it is very difficult to maintain the position of the mask and the transfer substrate (image receiving body) with such accuracy even with the current high control technology.
[0015]
Furthermore, if there is a problem as described above, it may be difficult to transfer the mask pattern into an appropriate shape, and it may be difficult to manufacture a good semiconductor device that can exhibit the desired performance. There is.
[0016]
The present invention has been made to solve the problems as described above, and the purpose thereof is not to use a special mask or to perform complicated exposure work, and A method for inspecting an exposure apparatus that can easily and accurately measure the state of an optical system of an exposure apparatus at a low cost by using a general inspection apparatus, eliminating a positioning error between a mask and an image receptor Is to provide. It is another object of the present invention to provide an exposure method that corrects a focal position at which a mask pattern image having an appropriate shape can be transferred quickly, with high accuracy, and at low cost. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of manufacturing a good semiconductor device at low cost, efficiently and easily.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an inspection method for an exposure apparatus according to the present invention comprises: At least one set of linear shapes different from each other and arranged parallel to each other A mask on which a mask pattern including a first mask pattern and a second mask pattern is formed is illuminated from a direction shifted from the optical axis of the exposure apparatus, and an image of the mask pattern is exposed and projected toward the receiver. The state of the optical system of the exposure apparatus is examined by measuring the relative distance between the images of the first and second mask patterns projected and projected on the image receiver.
[0018]
In this exposure apparatus inspection method, illumination is performed from a direction deviated from the optical axis of the exposure apparatus. Been Exposed and projected onto the receiver, At least one set of linear shapes different from each other and arranged parallel to each other The relative distance between the images of the first and second mask patterns is measured. Therefore, it is not necessary to use a special mask or perform complicated exposure work such as double exposure. In addition to eliminating positioning errors of the mask and the substrate, exposure is performed by measuring the relative distance between the images of the first and second mask patterns using a general inspection apparatus such as a so-called misalignment inspection apparatus. The state of the optical system of the apparatus can be checked.
[0019]
In order to solve the above-mentioned problem, an exposure method for correcting a focal position according to the present invention measures the focal position of a projection optical system provided in the exposure apparatus by the exposure apparatus inspection method according to the present invention, and measures the measurement. Based on the result, the semiconductor substrate is moved along the optical axis direction of the exposure apparatus and disposed at an appropriate focal position of the projection optical system, and then the mask pattern image is exposed and projected onto the photosensitive material. And transferring it.
[0020]
In the exposure method for correcting the focal position, the focal position of the projection optical system is measured by the inspection method of the exposure apparatus according to the present invention, and the semiconductor substrate is arranged at the proper focal position of the projection optical system based on the measurement result. After that, the mask pattern image is exposed and projected onto the photosensitive material and transferred. Therefore, it is not necessary to use a special mask or perform complicated exposure work such as double exposure. In addition, the positioning error of the mask and the substrate can be eliminated, and exposure can be performed by correcting the focal position to an appropriate state using a general inspection apparatus such as a so-called misalignment inspection apparatus.
[0021]
In order to solve the above problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention checks the state of an optical system of the exposure apparatus by an exposure apparatus inspection method according to the present invention, and based on the result, the exposure apparatus The optical system is set to an appropriate state, and a semiconductor substrate provided with a photosensitive material on one main surface is arranged at an appropriate focal position of a projection optical system provided in the exposure apparatus, and then the photosensitive material And a step of transferring a mask pattern image for manufacturing a semiconductor device to form a resist pattern.
[0022]
In order to solve the above problem, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention measures a focal position of the projection optical system by an inspection method for an exposure apparatus according to the present invention, and performs the projection based on the measurement result. The focus position of the optical system is set to an appropriate state, and a semiconductor substrate provided with a photosensitive material on one main surface is disposed at an appropriate focus position of the projection optical system, and then the semiconductor is placed on the photosensitive material. The method includes a step of forming a resist pattern by transferring an image of a mask pattern for manufacturing an apparatus.
[0023]
Further, in order to solve the above problems, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention corrects the focal position of the projection optical system to an appropriate state by an exposure method for correcting the focal position according to the present invention. After a semiconductor substrate provided with a photosensitive material on the main surface is disposed at an appropriate focal position of the projection optical system, an image of a mask pattern for manufacturing a semiconductor device is transferred to the photosensitive material to form a resist pattern. It includes a step of forming.
[0024]
In these semiconductor device manufacturing methods, the focus position of the projection optical system is set to an appropriate state or corrected by the exposure apparatus inspection method according to the present invention or the exposure method according to the present invention. The optical system of the exposure apparatus is set to an appropriate state, and the semiconductor substrate is placed at the appropriate focal position of the projection optical system, and the mask pattern image for manufacturing the semiconductor device is transferred to the photosensitive material. Then, a resist pattern is formed. Accordingly, the state of the optical system of the exposure apparatus can be set to a proper state easily at a low cost, quickly, with high accuracy, and a resist pattern can be formed in a proper exposure state.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an inspection method for an exposure apparatus, an exposure method for correcting a focal position, and a manufacturing method for a semiconductor device according to the present invention will be described for each of the first to fourth embodiments based on FIGS. .
[0026]
(First embodiment)
First, prior to describing the first embodiment of the present invention in detail, an outline of a configuration of a general exposure apparatus will be described with reference to FIG. In FIG. 1, a reduction projection type exposure apparatus (stepper) 5 having a so-called telecentric optical system is taken as an example from various types of exposure apparatuses.
[0027]
As shown in FIG. 1, the exposure apparatus 5 has a light source (exposure light source, illumination light source) 6 that emits exposure light 7 including a predetermined wavelength λ, and a mask pattern of exposure light 7 (illumination light 7a) emitted from the illumination light source 6. 4 is an illumination optical system 8 that leads to a mask (reticle) 1 on which 4 is formed, and a projection that guides an image of the mask pattern 4 by exposure light 7 (transmitted light 7b) transmitted through the mask 1 onto one principal surface 13a of the image receiving body 13. It consists of an optical system 9 and the like. Further, the mask 1 (mask pattern 4) is substantially displaced from the optical axis 16 of the exposure apparatus 5 between the illumination light source 6 and the illumination optical system 8, that is, on the secondary light source surface side of the exposure apparatus 5. In order to create a state to illuminate, an illumination aperture 12 having a size and a shape described later is arranged.
[0028]
In the case of the exposure apparatus 5 having a telecentric optical system, the optical axis 16 of the exposure apparatus 5 is in a straight line, as shown by a one-dot chain line in FIG. The image receiving body 13 is positioned in the vicinity of the focal position (f = 0) of the exposure apparatus 5 (projection optical system 9) with one principal surface 13a on which the image 14 of the mask pattern 4 is exposed and projected facing the projection lens 11. It is arranged near the focal position of the projection lens 11. In FIG. 1 and the like, the light beam state of the exposure light 7 is illustrated geometrically and schematically for easy understanding of the light beam state of the exposure light 7.
[0029]
Next, an inspection method for an exposure apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0030]
First, illumination of the mask 1 by the exposure apparatus 5 will be described. In the present embodiment, KrF excimer laser light having a wavelength λ of 246 nm is used as the exposure light 7 (illumination light 7a). Further, the numerical aperture NA of the projection optical system 9 of the exposure apparatus 5 p Is set to 0.68.
[0031]
The coherency σ of the illumination optical system 8 represents the numerical aperture of the illumination optical system 8 as NA. i Then, it can obtain | require by the following formula | equation (1).
[0032]
σ = NA i / NA p ... (1)
In the present embodiment, the illumination coherency σ of the exposure apparatus 5 can be expanded to a maximum of 0.85σ. In the exposure apparatus inspection method according to the present invention, the mask pattern 4 formed on the mask 1 is illuminated from a direction shifted from the direction along the optical axis 16 of the exposure apparatus 5. In the present embodiment, a value of 0.3σ is used as σ for realizing such illumination (exposure) in a so-called off-axis state. When the illumination in the off-axis state is optically standardized, the relationship between the deviation amount (off-axis amount) of the illumination light source 6 from the optical axis 16 and the size of the illumination light source 6 is schematically shown in FIG. Can be defined.
[0033]
In order to realize illumination in the off-axis state schematically shown in FIGS. 1 and 2, an illumination aperture 12 is used in the present embodiment. The illumination aperture 12 includes a light shielding portion 12a that shields the illumination light 7a emitted from the illumination light source 6, and a light passage hole 12b that is provided through the light shielding portion 12a and through which the illumination light 7a emitted from the illumination light source 6 can pass. It is configured. The light shielding unit 12a has a circular shape whose radius is equivalent to the maximum value 0.85σ of the illumination coherency σ of the exposure apparatus 5 so that most of the illumination light 7a emitted from the illumination light source 6 can be shielded. Is formed. The light passage hole 12b is equivalent to 0.3σ, which is a value of the substantial illumination coherency σ of the exposure apparatus 5 in the off-axis state so that a part of the illumination light 7a can pass therethrough. It is formed in a circular shape of the size.
[0034]
Further, as shown in FIG. 2, the light passage hole 12b is provided at a position where its center C2 is shifted by a predetermined amount Dc from the center C1 of the light shielding portion 12a. The shift amount Dc of the light passage hole 12b is set larger than the radius of the light passage hole 12b so that the light passage hole 12b does not include the center C1 of the light shielding portion 12a.
[0035]
The illumination aperture 12 described above is arranged so that the center C1 of the light shielding portion 12a coincides with the optical axis 16 of the exposure apparatus 5 (the center of the optical axis 16). Then, most of the exposure light 7 emitted from the illumination light source 6 is shielded by the light shielding portion 12a, and only the exposure light 7 passing through the light passage hole 12b becomes the illumination light 7a, and the illumination lens of the illumination optical system 8 is used. Reach into 10 pupils. In this case, the center of the illumination light source 6 is set to be shifted from the center of the optical axis 16 of the exposure apparatus 5 by a predetermined amount Dc. Thereby, the mask pattern 4 formed on the mask 1 can be illuminated from a direction shifted from the direction along the optical axis 16 of the exposure apparatus 5. Specifically, as shown by the white arrow in FIG. 1, the principal ray 15 of the exposure light 7 (illumination light 7 a) can be irradiated from a direction inclined from the optical axis 16 with respect to the mask pattern 4. The principal ray 15 irradiated in the off-axis illumination state reaches the image receiver 13 as a part of the exposure light 7 (projection light 7c) substantially along the optical path indicated by the white arrow in FIG.
[0036]
In this embodiment, a semiconductor substrate 13 in which a photosensitive material (photoresist) 17 is applied on one main surface (front surface) 13a is used as an image receiver on which an image 14 of the mask pattern 4 is exposed and projected. . Therefore, the resist pattern 14 formed by being transferred to the photoresist 17 by exposure projection is measured as an image of the mask pattern 4 to be measured.
[0037]
Next, the mask 1 used in the present embodiment and the mask pattern 4 formed on one main surface of the mask 1 will be described. The mask 1 includes a mask substrate (mask body) 2 formed from a light-transmitting material such as glass, and a light-blocking body 3 formed from a light-blocking material such as chrome (Cr). ing. As shown in FIG. 3, the mask pattern 4 includes a set of first mask pattern 4a and second mask pattern 4b having different shapes. In the present embodiment, the pair of first mask pattern 4a and second mask pattern 4b is composed of two parallel lines 4a and 4b having different widths.
[0038]
Specifically, the first mask pattern 4a has a predetermined width W as shown in FIG. T It is formed as a relatively thin line shape (band shape) having On the other hand, the second mask pattern 4b has the same length as the first mask pattern 4a and the width W of the first mask pattern 4a. T Width W of a predetermined size wider than F It is formed as a relatively thick line shape (band shape) having Further, the first mask pattern 4a and the second mask pattern 4b are relative to each other on the mask substrate 2 (relative distance) D1. M Are arranged in parallel with each other in a state of being separated by a predetermined size. This relative distance D1 M Is set in advance so that at least the images 14 of the first mask pattern 4a and the second mask pattern 4b projected and projected onto the photoresist 17 do not overlap each other. . Essentially, the relative distance D1 between the first mask pattern 4a and the second mask pattern 4b. M Is the width W of the second mask pattern 4b, which is a relatively thick line. F It is preferable to open wider. Thereby, the interference on the photoresist 17 between the images 14 of the first and second mask patterns 4a and 4b can be ignored.
[0039]
The mask 1 on which the mask pattern 4 as described above is formed is illuminated using the exposure apparatus 5 in the off-axis state described above, and the images 14 of the first mask pattern 4a and the second mask pattern 4b are photo-photographed. Exposure projection is performed on the resist 17. Hereinafter, the respective images 14 of the first and second mask patterns 4a and 4b projected and projected on the photoresist 17 will be described.
[0040]
As described above, the exposure apparatus 5 is a reduction projection type exposure apparatus. In general, the mask pattern on the mask and the image of the mask pattern actually projected and exposed are directly compared in size. I can't. Therefore, in the following description, in order to facilitate comparison between the mask pattern 4 and the image 14 of the mask pattern 4, the dimensions and the like are described as being set (corrected) to the same magnification (reduction ratio). I will do it.
[0041]
FIG. 4 shows the photoresist 17 formed when the mask pattern 4 is illuminated in an off-axis state in which the magnitude of the off-axis amount Dc from the optical axis 16 of the illumination light source 6 is set to 0.3σ as described above. The resist pattern 14 thus formed is shown. That is, the first resist pattern 14a and the second resist pattern 14b for the first mask pattern 4a and the second mask pattern 4b, respectively, are shown. Here, the relative distance (relative distance) between the first resist pattern 14a and the second resist pattern 14b is D1. W And
[0042]
When the off-axis amount Dc of the illumination light source 6 is 0.3σ, the positional deviation amount d of the semiconductor substrate 13 (the surface of the photoresist 17) from the focal position (f = 0) of the projection optical system 9 (exposure device 5). The correlation between (defocus amount d) and the amount of positional deviation from the desired projection position of the image of the general linear mask pattern (isolated line pattern) projected on the surface of the photoresist 17 is isolated. FIG. 5 and FIG. 6 show graphs represented for each line width. FIG. 5 shows a case where the line width of the isolated line is 0.2 μm or less, and FIG. 6 shows a case where the line width of the isolated line is 0.25 μm or more. As is clear from FIG. 5, the image of the mask pattern with the line width of the isolated line of 0.2 μm or less is obtained regardless of the amount of positional deviation d from the focal position (f = 0) of the semiconductor substrate 13. The amount of misalignment is slight and is within the range of measurement errors that can be almost ignored. For example, it is about 0.02 μm at the maximum. On the other hand, as is apparent from FIG. 6, the image of the mask pattern having an isolated line width of 0.25 μm or more is compared with the image of the mask pattern having an isolated line width of 0.2 μm or less. It causes a positional shift of about 4 to 5 times that amount.
[0043]
The exposure apparatus inspection method according to the present invention correlates the positional deviation phenomenon according to the line width of the isolated line described above and the positional deviation amount d from the focal position (f = 0) of the semiconductor substrate 13. It is characterized by examining the state of the optical system of the exposure apparatus 5 using the relationship. In particular, the exposure apparatus inspection method according to the first embodiment uses such a correlation to examine the focal position (f = 0) of the projection optical system 9 (exposure apparatus 5). Accordingly, in the present embodiment, the line width W of the first mask pattern 4a formed as an isolated line having a relatively thin line width. T Is 0.2 μm or less, and the line width W of the second mask pattern 4b formed as an isolated line having a relatively thick line width. F Was set to 0.25 μm or more. The first mask pattern 4a and the second mask pattern 4b formed in such dimensions are arranged on the mask substrate 2 as shown in FIG. Specifically, the width W of the first mask pattern 4a. T To 0.15 μm and the width W of the second mask pattern 4b F Was set to 1.0 μm.
[0044]
As described above, when a set of mask patterns 4a and 4b having different line widths is used, the second mask pattern 4b having a line width of 1.0 μm, which is a relatively thick mask pattern, is off-axis. 7A, the second resist pattern 14b is formed by the diffracted light 16 only in the vicinity of the principal ray 15 in the exposure light 7, as shown in FIG. Therefore, as shown by the solid line in FIG. 1, the semiconductor substrate (projection substrate) 13 has a focal position (f = 0) of the projection optical system 9, preferably the best focal position (best focus position: F). b ) Deviated by a predetermined amount d (defocus position: F d ), The position where the second resist pattern 14b is formed is also shifted according to the defocus amount d. In the present embodiment, for the sake of brevity, as shown in FIG. 1, the focus position (f = 0) and the best focus position F of the projection optical system 9 are shown. b And the same position.
[0045]
On the other hand, when the first mask pattern 4a having a line width of 0.15 μm, which is a relatively thin mask pattern, is illuminated off-axis, the diffracted light 16 is centered on the principal ray 15 as shown in FIG. As it spreads around. That is, the first resist pattern 14a is formed by the exposure light 7 (projection light 7c) reaching the photoresist 17 not only from a part of the pupil of the projection lens 11 but also from substantially the entire surface thereof. Therefore, the semiconductor substrate 13 is at the defocus position F. d However, the position where the first resist pattern 14a is formed is hardly shifted.
[0046]
Therefore, the second resist pattern 14b and the first resist pattern 14a as the image 14 after exposure projection of the second mask pattern 4b made of relatively thick isolated lines and the first mask pattern 4a made of relatively thin isolated lines, respectively. The best focal position F of the semiconductor substrate 13 is measured by measuring the position of b The defocus amount d from can be measured.
[0047]
Here, the wavelength λ of the exposure light 7 and the numerical aperture NA of the projection optical system p Is used to define a so-called optically normalized amount K by the following equation (2).
[0048]
K = λ / NA p ... (2)
Line width W of each of the first and second mask patterns 4a and 4b T , W F Is expressed by a value normalized by dividing by the normalized amount K defined by the above formula (2), so-called normalized dimension. Thereby, various setting conditions of the inspection method of the exposure apparatus according to the present invention can be easily applied (expanded) to an exposure apparatus having an illumination wavelength and a numerical aperture different from those of the first embodiment. Similarly, various optical amounts such as the positional deviation amounts of the first resist pattern 14a and the second resist pattern 14b and the focal position (f = 0) of the projection optical system 9 are also divided by K. It can be expressed as a normalized value. For example, the above-mentioned relatively thin isolated line having a line width of 0.2 μm or less is regarded as a line having a standardized dimension of 0.55 or less, and a relatively thick isolated line having a line width of 0.25 μm or more is defined in the standard. Each can be represented as a line having a conversion dimension of 0.69 or more.
[0049]
Here, the defocus amount d from the focal position (f = 0) of the projection optical system 9 of the semiconductor substrate 13 and the relative positions of the first resist pattern 14 a and the second resist pattern 14 b formed on the photoresist 17. Deviation (D1 W -D1 M 8 is shown in FIG. 8 as a graph showing the correlation with the amount of off-axis amount (axis shift amount) of the illumination light source 6. As is apparent from FIG. 8, when the off-axis amount of the illumination light source 6 is 0.3σ or more, the defocus amount d of the semiconductor substrate 13, the first resist pattern 14a, and the second resist pattern 14b. Relative displacement (D1 W -D1 M ) Is substantially the same. However, when the magnitude of the off-axis amount of the illumination light source 6 is 0.1σ, the correlation between the two clearly shows different behaviors.
[0050]
Even if the center of the illumination light source 6 is set in an off-axis state shifted from the center of the optical axis 16, the projection optical system 9 is in a state where the illumination light source 6 substantially includes the optical axis 16. This means that the sensitivity of detecting the focal position (f = 0) is greatly reduced. Therefore, the off-axis amount Dc from the optical axis 16 of the off-axis illumination light source 6 is preferably set to a value larger than the value of the illumination coherency σ. Specifically, in the present embodiment, the value of the illumination coherency σ of the off-axis illumination light source 6 is set to 0.3σ, and therefore the off-axis amount Dc of the illumination light source 6 is from 0.3σ. Is preferably set to a large value.
[0051]
In the inspection method of the exposure apparatus of the present embodiment, as described above, the first resist pattern 14a and the second resist pattern 14b corresponding to the first mask pattern 4a and the second mask pattern 4b are formed, respectively. Relative distance D1 W Measure. And this D1 W And the relative distance D1 between the first mask pattern 4a and the second mask pattern 4b on the mask 1 M And the relative positional deviation amount (D1) between the first resist pattern 14a and the second resist pattern 14b. W -D1 M ) This displacement amount (D1 W -D1 M ) Is compared with each characteristic graph shown in FIG. 8 according to various exposure conditions of the exposure apparatus 5 such as an off-axis amount of the illumination light source 6. As a result, the defocus amount d from the focal position (f = 0) of the projection optical system 9 on the semiconductor substrate 13 can be obtained within a range in which the measurement error can be substantially ignored. Further, the relative distance D1 between the first resist pattern 14a and the second resist pattern 14b. W In the measurement, a general inspection apparatus such as a so-called misalignment inspection apparatus used for a general exposure apparatus inspection can be used.
[0052]
As described above, according to the inspection method for an exposure apparatus according to the present invention, it is not necessary to use a special mask or perform complicated exposure work such as double exposure. In addition, positioning errors of the mask 1 and the semiconductor substrate 13 can be eliminated, and a first inspection pattern corresponding to each of the first mask pattern 4a and the second mask pattern 4b using a general inspection apparatus such as a so-called misalignment inspection apparatus. Relative distance D1 between resist pattern 14a and second resist pattern 14b W Can be measured to check the state of the optical system of the exposure apparatus 5. Therefore, the state of the optical system of the exposure apparatus 5 can be measured quickly, with high accuracy, and easily at low cost. In particular, in the exposure apparatus inspection method of the first embodiment, the focal position (f = 0) of the exposure apparatus 5 (projection optical system 9) can be measured quickly, with high accuracy, and easily at low cost. .
[0053]
Next, an exposure method for correcting the focal position according to the first embodiment of the present invention will be described.
[0054]
Based on the defocus amount d from the focal position (f = 0) of the projection optical system 9 of the semiconductor substrate 13 obtained by the above-described inspection method of the exposure apparatus according to the first embodiment of the present invention, the semiconductor substrate 13 is The surface of the photoresist 17 is moved along the direction of the optical axis 16, and the best focus position F of the projection optical system 9. b To match. That is, by disposing the semiconductor substrate 13 at an appropriate focal position (f = 0), the focal position (f = 0) of the projection optical system 9 is substantially corrected. As a result, the image 14 of the mask pattern 4 can be exposed and projected onto the photoresist 17 and transferred in an appropriate focused state. Therefore, good pattern transfer is possible.
[0055]
As described above, according to the exposure method for correcting the focal position according to the present invention, it is not necessary to use a special mask or perform complicated exposure work such as double exposure. Further, positioning errors of the mask 1 and the semiconductor substrate 13 can be eliminated, and exposure can be performed by correcting the focal position using a general inspection apparatus such as a so-called misalignment inspection apparatus. Therefore, the image 14 of the mask pattern 4 having an appropriate shape can be transferred quickly, with high accuracy, and easily at low cost. The mask pattern to which the image is transferred by the exposure method for correcting the focal position according to the present invention is not limited to the mask pattern 4 for inspection, but is a mask transferred when manufacturing a semiconductor device as an actual product. Of course, patterns may be included.
[0056]
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described.
[0057]
This semiconductor device manufacturing method checks the state of the optical system of the exposure apparatus 5 by the exposure apparatus inspection method according to the present invention, and sets the optical system of the exposure apparatus 5 to an appropriate state based on the result. After the semiconductor substrate 13 provided with the photosensitive material (photoresist) 17 on the main surface 13a is arranged at an appropriate focal position (f = 0) of the projection optical system 9 provided in the exposure apparatus 5, it is applied to the photoresist 17. It is premised on including a step of transferring a mask pattern image for manufacturing a semiconductor device (not shown) to form a resist pattern.
[0058]
In particular, the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention makes the focal position of the projection optical system 9 an appropriate state by the exposure method for correcting the focal position according to the first embodiment of the present invention described above. After the correction, the semiconductor substrate 13 on which the photoresist 17 is provided on the one principal surface 13a is placed at an appropriate focal position (f = 0) of the projection optical system 9, and then a semiconductor device (not shown) is manufactured on the photoresist 17. And a step of transferring a mask pattern image for forming a resist pattern.
[0059]
According to the above-described exposure method for correcting the focal position according to the first embodiment of the present invention, an image of the mask pattern 4 having an appropriate shape can be quickly and accurately applied to the photoresist 17 at low cost. Can be transferred. Therefore, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, a resist pattern for manufacturing a semiconductor device having an appropriate shape in an appropriate exposure state can be quickly and accurately obtained at low cost. Can be easily formed. As a result, a good semiconductor device can be manufactured efficiently and easily at low cost.
[0060]
Further, the mask used in the first embodiment is not limited to the mask 1 on which the mask pattern 4 composed of one set of the first mask pattern 4a and the second mask pattern 4b described above is formed. . For example, as shown in FIG. 9, at least a pair of mask patterns in which the first mask pattern 4a and the second mask pattern 4b described above are arranged on the mask substrate 22 so as to be mirror-symmetric with respect to the width direction thereof. Alternatively, the mask 21 on which the mask pattern 24 configured to include s is formed may be used.
[0061]
In this mask pattern 24, for example, the center position of the first mask patterns 23a composed of a pair of thin isolated lines is defined as T. M And the center position of the second mask patterns 23b made of a pair of thick isolated lines is F. M And As shown in FIG. 9, on the mask substrate 22, T M And F M The mask pattern 24 is formed so as to match. Similar to the above-described inspection method of the exposure apparatus, the image of the mask pattern 24 is transferred to the photoresist 17 to form a resist pattern 25 as shown in FIG. Here, the center position of the first resist patterns 25a corresponding to the pair of first mask patterns 23a is defined as T. W The center position of the second resist patterns 25b corresponding to the pair of second mask patterns 23b is F. W And
[0062]
According to the principle described above, the position of the pair of first resist patterns 25a is hardly shifted, but the position of the pair of second resist patterns 25b is shifted. Therefore, the center position F of the pair of second resist patterns 25b. W Misaligned. Thus, the center position T of each of the pair of first resist patterns 25a and the pair of second resist patterns 25b that are not misaligned. W And F W , And based on the measurement result, both center positions T W And F W The relative distance (relative distance) ΔX1 is obtained. This center position T W And F W Relative distance ΔX1 corresponds to the relative positional deviation between the resist patterns 25a and 25b. That is, the relative distance ΔX1 is the relative displacement amount (D1) between the first resist pattern 14a and the second resist pattern 14b described above. W -D1 M ).
[0063]
Therefore, by obtaining this positional deviation amount ΔX1, the defocus amount d of the semiconductor substrate 13 from the focal position (f = 0) of the projection optical system 9 can be obtained with high accuracy, as in the above-described inspection method of the exposure apparatus. Can be sought. In addition, the measurement accuracy of the defocus amount d can be further improved by using the mask 21 on which the mirror pattern mask pattern 24 is formed. As a result, the quality of the semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention can be further improved.
[0064]
Further, the pair of first mask patterns 23a and the pair of second mask patterns 23b constituting the mask pattern 24 may be arranged by switching the inner side and the outer side along the width direction thereof. Specifically, as shown in FIG. 11, a pair of first mask patterns 33a and a pair of second mask patterns 33b are paired on the inner side in the width direction of the pair of first mask patterns 33a so that they are mirror-symmetric. The second mask pattern 33 b is arranged, and a mask pattern 34 is formed on the mask substrate 32. Even if the inspection method of the exposure apparatus according to the present invention, the exposure method of correcting the focal position, and the manufacturing method of the semiconductor device are carried out using the mask 31 having such a mask pattern 34, the above-described mask 21 is used. The same effect as when there was.
[0065]
Further, the mask pattern is not limited to a configuration that is mirror-symmetric in only one direction along the width direction, like the mask patterns 24 and 34 described above. For example, as shown in FIG. 12, the pair of first mask patterns 43a and the pair of second mask patterns 43b are arranged so as to be mirror-symmetric in the respective width directions. At the same time, the other pair of first mask patterns 43a and the pair of second mask patterns 43b are also mirror-symmetrical in the respective width directions, and with respect to the width direction of the pair of both mask patterns 43a and 43b. So that they are orthogonal to each other. As described above, the mask pattern 44 including at least two pairs of mirror-symmetric mask patterns may be formed on the mask substrate 42. That is, the mask pattern 44 may be formed as a so-called bar-in-bar pattern.
[0066]
When using a mask 41 on which a so-called bar-in-bar pattern mask pattern is formed as shown in this mask pattern 44, the bar-in-bar pattern 44 is formed as shown by the white arrow in FIG. The mask pattern 43a, 43b may be set to irradiate the principal ray 15 of the exposure light 7 from an oblique direction. Thereby, at the time of defocusing, it is possible to measure the amount of positional deviation in two directions orthogonal to each other by the two pairs of mirror-symmetric mask patterns, so that the measurement accuracy of the defocus amount d can be further improved. Therefore, the defocus amount d of the semiconductor substrate 13 from the focal position (f = 0) of the projection optical system 9 can be obtained with higher accuracy. As a result, the quality of the semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention can be further improved.
[0067]
(Second Embodiment)
Next, an inspection method for an exposure apparatus, an exposure method for correcting a focal position, and a manufacturing method for a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0068]
In the exposure apparatus inspection method, the exposure method for correcting the focal position, and the semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment, the mask pattern formed on the mask used when executing them is the first embodiment described above. Other configurations and processes are different from the mask pattern formed on the mask used when executing the exposure apparatus inspection method, the exposure method for correcting the focal position, and the semiconductor device manufacturing method. It is the same. Therefore, the different parts will be described, and the same components as those in the first embodiment described above will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
[0069]
The description of the exposure apparatus inspection method, the exposure method for correcting the focal position, and the semiconductor device manufacturing method according to third and fourth embodiments of the present invention, which will be described later, is the same as the description of the second embodiment. In the following, differences from the above-described first embodiment of the present invention will be mainly described.
[0070]
In the exposure apparatus inspection method, the exposure method for correcting the focal position, and the semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment of the present invention, a mask pattern 55 as shown in FIG. 13 is formed on the mask substrate 52. The mask 51 is used. The mask pattern 55 includes a set of first mask pattern 53 and second mask pattern 54 having different shapes. The set of first mask pattern 4a and second mask pattern 4b are arranged in parallel to each other.
[0071]
Specifically, the first mask pattern 53 has a predetermined width W as shown in FIG. L A relatively narrow distance W between relatively thin lines (bands) 53a having L Are formed as an assembly of a plurality of parallel lines 53a that are spaced apart from each other at equal intervals and arranged in parallel with each other. In the following description, a plurality of relatively thin parallel lines 53a are collectively referred to as a line portion 53a, and an interval between the line portions 53a is referred to as a space portion 53b. The first mask pattern 53 including the line portion 53a and the space portion 53b is referred to as a line and space pattern (L / S pattern) 53. The so-called pitch (pattern pitch) P of the L / S pattern 53 is the width W of the line portion 53a. L And the size W of the space portion 53b. L (W L + W S )It can be expressed as.
[0072]
On the other hand, as shown in FIG. 13, the second mask pattern 54b has a length equivalent to the line portion 53a of the first mask pattern (L / S pattern) 53 and the line portion of the first mask pattern 4a. 53a width W L Width W of a predetermined size wider than F It is formed as a relatively thick isolated line (band) having In the following description, the second mask pattern 54b is referred to as an isolated line pattern (isolated line pattern, IL pattern) 54.
[0073]
Further, the first mask pattern 53 and the second mask pattern 54 have a relative distance D2 on the mask substrate 52. M Are arranged in parallel with each other in a state of being separated by a predetermined size. This relative distance D2 M Is set in advance so that at least the images 56 and 57 of the first mask pattern 53 and the second mask pattern 54 exposed and projected onto the photoresist 17 do not overlap each other. Is done.
[0074]
FIG. 14 shows a resist pattern formed on the photoresist 17 when the mask pattern 55 is illuminated in an off-axis state in which the magnitude of the off-axis amount Dc from the optical axis 16 of the illumination light source 6 is set to 0.3σ, for example. 14 is shown. That is, the first resist pattern 56 and the second resist pattern 57 are shown as projected images of the first mask pattern 53 and the second mask pattern 54, respectively. Similar to the first mask pattern (L / S pattern) 53, the first mask resist pattern (L / S resist pattern) 56 is formed as a line portion 56a and a space portion 56b. The relative distance between the first resist pattern 56 and the second resist pattern 57 on the surface 13a of the semiconductor substrate 13 is D2. W And
[0075]
Next, the dimension of the L / S pattern 53 will be described in detail. In carrying out the second embodiment of the present invention, the pitch P (W of the L / S pattern 53 L + W S ) Must satisfy the following conditions.
[0076]
In order to form the first resist pattern 56 and the second resist pattern 57 having appropriate shapes suitable for the measurement of the defocus amount d, the exposure light 7 (illumination light 7a) passes through the L / S pattern 53. Both the generated 0th-order diffracted light and 1st-order diffracted light must be incident on the pupil of the projection lens 11. Hereinafter, the state of these diffracted lights will be described with reference to FIG. The illumination light 7 a that has reached the mask 1 at the incident angle α is diffracted by the L / S pattern 53 with the pitch P, and is emitted toward the projection lens 11 as diffracted light (transmitted light) 7 b with the diffraction angle α + β. At this time, sin β is the numerical aperture NA of the projection lens 11. p If it becomes larger, the diffracted light 7 b cannot enter the projection lens 11. Therefore, sin α is the numerical aperture NA of the illumination lens 10. i And sin β is the numerical aperture NA of the projection lens 11 p Is the maximum diffraction angle. From this, the numerical aperture NA of the projection lens 11 p , And the wavelength λ of the exposure light 7 (illumination light 7a), the pitch P of the L / S pattern 53 must satisfy the relationship of the following expression (3).
[0077]
P <λ / (NA p + NA i ) ... (3)
Here, when the illumination light source 6 (not shown in FIG. 15) has a spread, the angles α and β need to be considered by taking the angle closer to the optical axis 16.
[0078]
Further, in the present embodiment, the L / S pattern 53 composed of parallel lines at equal intervals has the semiconductor substrate 13 at the defocus position F. d In this case, it is desirable that the image 56 be formed under such a condition that the position of the image 56 does not deviate (change) from the desired position. For this purpose, in FIG. 15, it is preferable that the angle α and the angle β are substantially equal. That is, it is desirable that the pitch P satisfies the relationship of the following formula (4).
[0079]
P = λ / 2sin α (4)
When the relationship expressed by this equation (4) is satisfied, the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light are symmetrical with respect to the optical axis 16, so that the imaging position is the focal position of the projection optical system 9. Even if the position deviates from (f = 0), the position of the image 56 is always constant. In this case, if the illumination light source 6 has a spread, as described above, α is assumed to be the center position of the light source 6.
[0080]
Next, when the off-axis amount Dc of the illumination light source 6 is 0.5σ, the defocus amount d from the focal position (f = 0) of the projection optical system 9 of the semiconductor substrate 13 and the surface of the photoresist 17 FIG. 16 and FIG. 17 are graphs showing the correlation between the projected image of a general mask pattern and the amount of positional deviation from a desired projection position for each mask pattern shape. FIG. 16 shows the case of the isolated line pattern 54, and FIG. 17 shows the case of the L / S pattern 53.
[0081]
FIG. 16 shows that the positional deviation amount of the exposure projection image (second resist pattern) 57 of the isolated line pattern 54 increases as the defocus amount d increases. Also, the line width W of the isolated line pattern 54 F It can be seen that the positional deviation amount of the image 57 is substantially constant regardless of the pattern size of the isolated line pattern 54. Also, the line width W of the isolated line pattern 54 F It can be seen that the amount of positional deviation of the image 57 is relatively small when compared to a pattern having a larger size. On the other hand, the line width W of the isolated line pattern 54 F Is thicker than 0.25 μm, the line width W of the isolated line pattern 54 F The amount of positional deviation of the image (pattern) 57 at the time of defocusing is twice or more as compared with the case where is 0.2 μm. Therefore, in the second embodiment in which the exposure projection image of the second pattern at the time of defocusing is set so as to cause a positional shift, the line width W of the isolated line pattern 54 is set. F Is preferably thicker than 0.25 μm.
[0082]
Here, the line width W of the isolated line pattern 54 using the normalized amount K defined by the expression (2) in the first embodiment. F Is expressed in standardized dimensions. In the second embodiment, the wavelength λ of the exposure light 7 is 0.248 μm, and the numerical aperture NA of the projection lens 11 (projection optical system 9). p Is 0.68. Therefore, the normalized amount K is approximately 0.365, and the above-described line having a width of 0.25 μm or more has a normalized dimension of 0.69 or more.
[0083]
Next, the case of the mask pattern of the L / S pattern 53 will be considered with reference to FIG. According to FIG. 17, the defocus amount d from the focal position (f = 0) of the projection optical system 9 of the semiconductor substrate 13 and the exposure of the L / S pattern 53 depending on the size of the pitch P of the L / S pattern 53. It can be seen that the correlation with the displacement amount of the projected image (first resist pattern) 56 is greatly different. In particular, when the size of the pitch P is set to 0.36 μm, it can be seen that the positional deviation amount of the image 56 at the time of defocusing is very small compared to the pitch P of other sizes. This is because the diffracted light of the exposure light 7 (transmitted light 7b) that has passed through the L / S pattern 53 substantially satisfies the condition expressed by the equation (4).
[0084]
As described above, the numerical aperture NA of the projection lens 11 in this case p Is 0.68, and the illumination coherency σ in the off-axis state of the illumination light source 6 is 0.5. From these, sin α = 0.34. Further, when the wavelength λ = 248 nm is substituted into the equation (4), P = 364.7 nm is obtained, and it can be seen that the pitch P of the L / S pattern 53 is substantially equal. That is, if the size of the pitch P of the L / S pattern 53 is set so as to substantially satisfy the relationship of the expression (4), the position of the image 56 of the L / S pattern 53 even if the semiconductor substrate 13 is defocused. Does not move (does not slip). Therefore, in the second embodiment in which the exposure projection image of the first mask pattern at the time of defocusing is set so as not to cause a positional shift, the pitch P of the L / S pattern 53 is formed to be approximately 0.36 μm. It is desirable that
[0085]
Next, a case where the dimensions of the L / S pattern 53 as the first mask pattern and the isolated line pattern 54 as the second mask pattern are set to specific sizes will be described. The isolated line pattern 54 has a pattern size of a region that causes a positional deviation so that the positional deviation amount of the image 57 at the time of defocusing and the defocusing amount d of the semiconductor substrate 13 have a substantially constant correlation. Line width W F Select a mask pattern of 1 μm. The L / S pattern 53 has a pitch P having a size of 0.36 μm as a pitch P having a size that causes little displacement of the image 56 even during defocusing (the position of the image 56 does not shift). Select. That is, the width W of the line portion 53 of the L / S pattern 53 L And the width W of the space 53b S Are each set to 0.18 μm. As shown in FIG. 13, the relative distance D2 between the L / S pattern 53 and the isolated line pattern 54 having the dimensions described above is obtained. M Are arranged (formed) on the mask substrate 52 in parallel with each other.
[0086]
Using mask 51, an image of mask pattern 55 composed of L / S pattern 53 and isolated line pattern 54 is exposed and projected onto photoresist 17 provided on surface 13a of semiconductor substrate 13, as shown in FIG. The resist pattern 58 is formed.
[0087]
In this case, the relative distance D2 between the L / S pattern 53 and the isolated line pattern 54 M Relative distance D2 between the first resist pattern 56 and the second resist pattern 57, which are the respective images. W Difference, that is, the amount of displacement (D2 W -D2 M ) Is shown in FIG. FIG. 18 shows the relative displacement (D2) between the first resist pattern 56 and the second resist pattern 57. W -D2 M ) Is a relative distance D2 between the resist patterns 56 and 57 when the semiconductor substrate 13 is at the focal position (f = 0) of the projection optical system 9. W Is represented on a graph with reference to. That is, in FIG. 18, the first resist pattern 56 and the second resist pattern 57 are not misaligned (D2 W -D2 M = 0) Relative distance D2 between the patterns 56 and 57 with reference to the case W This is a graph showing the change in.
[0088]
As is apparent from FIG. 18, the defocus amount d of the semiconductor substrate 13 and the relative positional shift amount (D2) between the first resist pattern 56 and the second resist pattern 57. W -D2 M ) With a substantially constant correlation. Therefore, the relative displacement (D2) between the first resist pattern 56 and the second resist pattern 57. W -D2 M ) To the characteristic graph shown in FIG. 18, the defocus amount d of the semiconductor substrate 13 can be obtained with high accuracy.
[0089]
In the second embodiment, as the first mask pattern 53, a mask pattern under the condition that the position of the image (pattern) 56 to be exposed and projected does not shift (is not shifted) even when the semiconductor substrate 13 is defocused. I chose. However, in some cases, such a mask pattern may not be selected. For example, it may be necessary to select a mask pattern in which the image 56 of the L / S pattern 53 and the image 57 of the isolated line pattern 54 are shifted from each other. Even in such a case, the dimensions (pitch, shape, etc.) of the L / S pattern 53 and the isolated line pattern 54 are formed so that the shift amounts of the images 56 and 57 are different from each other. do it. As a result, the relative distance D2 between the image 57 of the isolated line pattern 54 and the image 56 of the L / S pattern 53 having a specific pitch P having periodicity. W Of course, it is possible to determine the defocus amount d of the semiconductor substrate 13.
[0090]
Further, when a pattern (L / S pattern) having a predetermined pitch P having periodicity is used for the first mask pattern 53 or the second mask pattern 54, the patterns on both outer sides in the width direction of each mask pattern group are periodic. Therefore, the amount of positional deviation of the image differs. For this reason, when more accurate measurement is desired, it is desirable to remove the image of the mask pattern on both outer sides in the width direction of the periodic pattern (L / S pattern) from the position measurement region.
[0091]
As one means, for example, as shown in FIGS. 19A and 19B, together with a mask 51 on which a periodic pattern 53 as a mask pattern A is formed, a mask substrate 62 formed of a light-shielding material. In addition, a mask 61 provided with openings 60 a and 60 b as a mask pattern B is provided so that light is applied to the line portions 59 a and 59 b on both outer sides in the width direction of the periodic pattern 53. Then, after the periodic pattern 53 is exposed on the semiconductor substrate 13, the openings 60 a and 60 b are superimposed on the periodic pattern 53 and exposed using a mask 61 before development. Thereafter, the images of both mask patterns A and B are developed. Then, a resist pattern C as an image 64 as shown in FIG. 20 is obtained on the surface 13 a of the semiconductor substrate 13. As shown by broken lines in FIG. 20, the resist patterns 63a and 63b corresponding to the line portions 59a and 59b on both outer sides in the width direction of the periodic pattern 53 are melted away during development by exposing the openings 60a and 60b. . Therefore, as a result, only the resist pattern 56 corresponding to the central portion having periodicity remains in the periodic pattern 53.
[0092]
By using such a method, for example, when overlay exposure must be performed, even if there is some error in the position accuracy of the stage, the error affects the position of the exposed image (pattern) itself. There is almost no risk of giving. Therefore, it is possible to achieve the object of forming a resist pattern for defocus position measurement that can almost completely ignore the stage positioning error that easily occurs during double exposure.
[0093]
The mask used when carrying out the second embodiment of the present invention described above is the mask 51 in which the mask pattern 55 composed of a set of the L / S pattern 53 and the isolated line pattern 54 described above is formed. It is not limited. For example, you may use the mask which has a mask pattern comprised from the periodic pattern (L / S pattern) which formed both the 1st mask pattern and the 2nd mask pattern with the predetermined pitch.
[0094]
For example, as shown in FIG. 21, as the first mask pattern 73, the line width W of the line portion 73a. L1 And space W of space portion 73b S1 Are both formed to have a size of 0.18 μm and a pitch P1 of 0.36 μm (W L1 + W S1 Are formed as an L / S pattern 73. Further, as the second mask pattern 74, the line width W of the line portion 74a. L2 And space W between space portions 74b S2 Are both formed to a size of 0.21 μm, and a pitch P2 (W L2 + W S2 ) Having an L / S pattern 74. These two L / S patterns 73 and L / S pattern 74 are set to a relative distance of D3. M Are arranged on the mask substrate 72 so as to be parallel to each other.
[0095]
As shown in FIG. 22, a resist pattern 78 for measurement is formed using the mask 71 in which the mask pattern 75 composed of the two types of L / S patterns 73 and 74 having different pitches is formed. To do. As in the case of using the mask 51, the first resist pattern (first L / S resist pattern) 76 as an image of the first L / S pattern 73 is formed as a line portion 76a and a space portion 76b. Similarly, a second resist pattern (second L / S resist pattern) 77 as an image of the second L / S pattern 74 is formed as a line portion 77a and a space portion 77b. The relative distance between the first L / S resist pattern 56 and the second L / S resist pattern 57 on the surface 13a of the semiconductor substrate 13 is D3. W And
[0096]
When the mask 71 is used, the defocus amount d of the semiconductor substrate 13 and the relative positional shift amount (D3) of the first resist pattern 76 and the second resist pattern 77. W -D3 M ) Has a substantially constant correlation as shown in FIG. Therefore, the relative positional deviation amount (D3) between the first L / S resist pattern 76 and the second L / S resist pattern 77. W -D3 M ) To the characteristic graph shown in FIG. 23, the defocus amount d of the semiconductor substrate 13 can be obtained with high accuracy.
[0097]
Alternatively, a mask 81 on which a mask pattern 85 as shown in FIG. 24 is formed may be used. In the mask pattern 85 formed on the mask 81, the set of mask patterns 55 formed on the mask 51 is arranged on the mask substrate 82 so as to be mirror-symmetric with respect to the width direction thereof. Is.
[0098]
In this mask pattern 85, for example, the center position between the L / S patterns 83 is set to C. M And the center position of the patterns 84 made of thick isolated lines is S M And As shown in FIG. 24, on the mask substrate 82, C M And S M A mask pattern 85 is formed so as to match. Then, similarly to the above-described inspection method of the exposure apparatus, the image of the mask pattern 85 is transferred to the photoresist 17 provided on the surface 13a of the semiconductor substrate 13, and a resist pattern 88 is formed as shown in FIG. Form. Here, the center position of the resist patterns 86 by the pair of L / S patterns 83 is defined as C. W In addition, the center position of the resist patterns 87 by the pattern 84 composed of a pair of thick isolated lines is S. W And
[0099]
According to the principle described above, the positions of the pair of resist patterns 86 are hardly shifted, but the positions of the pair of resist patterns 87 are shifted. Therefore, the center position of the pair of resist patterns 87 is S. W Missed. As described above, the center position C of each of the pair of resist patterns 86 that do not cause misalignment and the pair of resist patterns 87 that cause misalignment. W And S W , And based on the measurement results, both center positions C W And S W The relative distance (relative distance) ΔX2 is obtained. This center position C W And S W Relative distance ΔX2 corresponds to the relative positional deviation amount between the resist patterns 86 and 87. That is, the relative distance ΔX2 is the relative displacement (D2) between the first resist pattern 56 and the second resist pattern 57 described above. W -D2 M ).
[0100]
Accordingly, by obtaining this positional deviation amount ΔX2, the defocus amount d of the semiconductor substrate 13 from the focal position (f = 0) of the projection optical system 9 can be obtained with higher accuracy as in the above-described inspection method of the exposure apparatus. Can be obtained. As a result, the quality of the semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention can be further improved.
[0101]
Further, the pair of L / S patterns 83 and the pair of thick isolated lines 84 constituting the mask pattern 85 may be arranged by switching the inside and the outside along the width direction thereof. Specifically, as shown in FIG. 26, the width direction of the pair of thick isolated lines 94 so that the pair of L / S patterns 93 and the pair of thick isolated lines 94 are mirror-symmetrical, respectively. A pair of L / S patterns 93 is arranged inside the mask pattern 95 to form a mask pattern 95 on the mask substrate 92. Even if the inspection method of the exposure apparatus, the exposure method of correcting the focal position, and the manufacturing method of the semiconductor device according to the present invention are carried out using the mask 91 having such a mask pattern 95, the above-described mask 81 is used. The same effect as when there was.
[0102]
Further, the mask pattern is not limited to a configuration that is mirror-symmetric in only one direction along the width direction, like the mask patterns 85 and 95 described above. For example, as shown in FIG. 27, a pair of L / S patterns 103 and a pair of thick isolated lines 104 are arranged so as to be mirror-symmetric in each width direction. At the same time, another pair of L / S patterns 103 and a pair of thick isolated lines 104 are mirror-symmetrical in the respective width directions, and in the width direction of the pair of patterns 103 and 104. It arrange | positions so that it may orthogonally cross. As described above, the mask pattern 105 having a configuration including at least two pairs of mirror-symmetric patterns may be formed on the mask substrate 102. That is, the mask pattern 105 may be formed as a so-called bar-in-bar pattern.
[0103]
When using a mask 101 on which a so-called bar-in-bar pattern mask pattern is formed as shown in this mask pattern 105, the bar-in-bar pattern 105 is configured as shown by the white arrow in FIG. The patterns 103 and 104 may be set so that the principal ray 15 of the exposure light 7 is irradiated from an oblique direction. Thereby, at the time of defocusing, it is possible to measure the amount of positional deviation in the two directions perpendicular to each other by the two pairs of mirror-symmetric patterns, so that the measurement accuracy of the defocus amount d can be further improved. Therefore, the defocus amount d of the semiconductor substrate 13 from the focal position (f = 0) of the projection optical system 9 can be obtained with higher accuracy. As a result, the quality of the semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention can be further improved.
[0104]
Here, as described above, the thick patterns 84, 87, 94, 104 shown in FIGS. 24 to 27 have no problem even if they are L / S patterns as described in FIG. .
[0105]
Except for the points described above, the inspection method for the exposure apparatus, the exposure method for correcting the focal position, and the manufacturing method for the semiconductor device according to the second embodiment correct the focal position. Of course, it is the same as the exposure method and the manufacturing method of the semiconductor device, and the problem to be solved by the present invention can be solved.
[0106]
(Third embodiment)
Next, an exposure apparatus inspection method, an exposure method for correcting a focal position, and a semiconductor device manufacturing method according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0107]
This third embodiment uses an illumination aperture when executing the exposure apparatus inspection method, the exposure method for correcting the focal position, and the semiconductor device manufacturing method of the first and second embodiments according to the present invention described above. Without setting, the illumination light source is set in an off-axis state substantially shifted from the optical axis so that the mask can be illuminated.
[0108]
As shown in FIG. 28, a light-shielding band 201 as a light-shielding member is arranged on the back surface of the mask substrate 2 corresponding to the mask pattern 4 (the back surface of the pattern surface, the main surface of the illumination light source) or in the vicinity thereof. To do. The light shielding band 201 shields the exposure light 7 (illumination light 7a) that illuminates the mask pattern 4 along the optical axis among the exposure light 7 (illumination light 7a) emitted from the illumination light source 6. The light shielding band 201 is arranged so as to face the region where the mask pattern (measurement pattern) 4 is formed, that is, so as to substantially hide the mask pattern 4 from the back side thereof. By disposing the light shielding band 201 in this way, it is possible to shield the illumination light 7 a incident from the directly above direction along the optical axis direction toward the mask pattern 4. At the same time, the illumination light 7 a incident from the oblique direction toward the mask pattern 4 can be set to a state in which only the component in one direction can reach the mask pattern 4. Therefore, it is possible to realize the illumination of the mask pattern 4 in an off-axis state by setting the illumination light 7a substantially off from the center of the optical axis without using the illumination aperture 12.
[0109]
(Fourth embodiment)
Next, an exposure apparatus inspection method, an exposure method for correcting a focal position, and a semiconductor device manufacturing method according to a fourth embodiment of the invention will be described with reference to FIG.
[0110]
As in the third embodiment described above, the fourth embodiment enables the mask to be illuminated by setting the illumination light source in an off-axis state substantially shifted from the optical axis without using an illumination aperture. It is.
[0111]
As shown in FIG. 29, a light-shielding band 302 as a light-shielding member is arranged on or near the blind surface 301 that is optically substantially conjugate with the back surface (the back surface of the pattern surface, the main surface of the illumination light source) of the mask substrate 2. To do. By illuminating the mask pattern 4 for measurement in this state, the same effect as in the third embodiment can be obtained. That is, the illumination light 7a incident on the mask pattern 4 from the directly above direction along the optical axis direction can be blocked. At the same time, the illumination light 7 a incident from the oblique direction toward the mask pattern 4 can be set to a state in which only the component in one direction can reach the mask pattern 4. Therefore, it is possible to realize the illumination of the mask pattern 4 in an off-axis state by setting the illumination light 7a substantially off from the center of the optical axis without using the illumination aperture 12.
[0112]
In the third and fourth embodiments described above, the light shielding band is described as being closer to the illumination side than the pattern surface. However, the light shielding band is closer to the projection optical system than the pattern surface. May be arranged. Even with such an arrangement, it is possible to substantially create an off-axis illumination state by shielding a part of the diffracted light transmitted through the pattern.
[0113]
The exposure apparatus inspection method, the exposure method for correcting the focal position, and the semiconductor device manufacturing method according to the present invention are not limited to the first to fourth embodiments described above. In the range which does not deviate from the gist of the present invention, it is possible to carry out by changing a part of the configuration or process to various settings or using various settings in combination.
[0114]
For example, an exposure apparatus to which the present invention is applicable is not limited to a telecentric optical system exposure apparatus.
[0115]
Further, when measuring the relative position of the image of the mask pattern for measuring displacement, an electron microscope may be used as the measuring means, or an optical measuring device may be used. In particular, when the above-described misalignment inspection apparatus is used, measurement can be performed quickly and easily.
[0116]
Further, the image receptor onto which the mask pattern is projected is not limited to the semiconductor substrate provided with the above-described photoresist. For example, even a light receiving element such as a CCD can be measured by the same principle. In this case, even if a filter or the like is installed in front of the light receiving element, it can be handled basically in the same manner as exposure projection onto a semiconductor substrate.
[0117]
In the present invention, the focus position of the exposure apparatus (projection optical system) has been mainly described. However, it is known that the displacement of a thick line or a thin line is caused by coma aberration of the optical system. For example, we have described Jpn. J. et al. Appl. Phys. VOL. 37 (1998), page 3553. Further, regarding the relationship between the positional deviation of the periodic pattern and the aberration, the present inventors have also disclosed in Applied Optics, VOL. 38, no. 13 (1999), page 2800. Therefore, the present invention can not only measure the focal position of the exposure apparatus (projection optical system) but also measure the aberration of the optical system.
[0118]
In this case, the inspection method of the exposure apparatus according to the present invention is such that at least one set of mask patterns including a first mask pattern and a second mask pattern having different shapes are formed on the optical axis of the exposure apparatus. Illuminating from a direction deviated from the image, the mask pattern image is exposed and projected toward the receiver, and the relative distance between the images of the first and second mask patterns projected and projected onto the receiver is measured. By doing so, it can be expressed as an exposure apparatus inspection method characterized by examining the aberration of the optical system provided in the exposure apparatus.
[0119]
Further, the above-described misalignment measurement (inspection) mask pattern including the first mask pattern and the second mask pattern is formed integrally with the mask on which the mask pattern for manufacturing an actual semiconductor device is formed. It doesn't matter. In this case, the misalignment measurement mask pattern and the semiconductor device manufacturing mask pattern may be provided at a predetermined interval so that the images of the respective mask patterns do not interfere with each other.
[0120]
By configuring the mask as described above, the exposure method for correcting the optical system of the exposure apparatus and correcting the focal position, and the actual exposure operation (lithography process) can be performed with a single mask. . Specifically, prior to the actual exposure operation, whether or not the optical system of the exposure apparatus using the mask satisfies a preset condition by any of the methods of the first to fourth embodiments described above. Inspect. If the set conditions are satisfied, the actual exposure operation is continued. If the setting condition is not satisfied, the optical system of the exposure apparatus is adjusted so as to satisfy the setting condition, and then the actual exposure operation is started. According to such a method, the optical system of the exposure apparatus is always set to an appropriate state before the actual exposure operation is performed, so that a highly accurate circuit pattern can be easily transferred to the wafer. As a result, a high-performance semiconductor device can be manufactured more quickly and easily.
[0121]
【The invention's effect】
According to the exposure apparatus inspection method of the present invention, it is not necessary to use a special mask or perform complicated exposure work such as double exposure. In addition to eliminating positioning errors of the mask and the substrate, exposure is performed by measuring the relative distance between the images of the first and second mask patterns using a general inspection apparatus such as a so-called misalignment inspection apparatus. The state of the optical system of the apparatus can be checked. Therefore, the state of the optical system of the exposure apparatus can be measured quickly, with high accuracy, and easily at low cost.
[0122]
Further, according to the exposure method for correcting the focal position according to the present invention, it is not necessary to use a special mask or perform complicated exposure work such as double exposure. In addition, the positioning error of the mask and the substrate can be eliminated, and exposure can be performed by correcting the focal position to an appropriate state using a general inspection apparatus such as a so-called misalignment inspection apparatus. Therefore, an image of a mask pattern having an appropriate shape can be transferred at a low cost, quickly, with high accuracy, and easily.
[0123]
Furthermore, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the optical system state of the exposure apparatus can be set to an appropriate state at a low cost, quickly, with high accuracy, and easily in an appropriate exposure state. Since a resist pattern can be formed, a good semiconductor device can be manufactured efficiently and easily at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view schematically showing an inspection method for an exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing an off-axis amount of illumination light according to the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing a mask used in the inspection method of the exposure apparatus according to the first embodiment of the present invention.
4 is a plan view showing a resist pattern formed on a substrate using the mask of FIG. 3;
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the correlation between the amount of positional deviation of a thin resist pattern formed using the mask of FIG. 3 and the amount of deviation from the focal position of the substrate for each pattern thickness.
6 is a characteristic diagram showing the correlation between the amount of positional deviation of a thick resist pattern formed using the mask of FIG. 3 and the amount of deviation from the focal position of the substrate for each pattern thickness.
FIG. 7 is a view schematically showing the measurement principle of the inspection method of the exposure apparatus according to each embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the correlation between the relative displacement amount of two types of resist patterns formed by the mask of FIG. 3 and the displacement amount from the focal position of the substrate for each displacement amount.
FIG. 9 is a plan view showing a modification of the mask of FIG. 3;
10 is a plan view showing a resist pattern formed on a substrate using the mask of FIG. 9;
11 is a plan view showing another modification of the mask of FIG. 3;
12 is a plan view showing still another modification of the mask of FIG. 3. FIG.
FIG. 13 is a plan view showing a mask used in the inspection method of the exposure apparatus according to the second embodiment of the present invention.
14 is a plan view showing a resist pattern formed on a substrate using the mask of FIG. 13;
FIG. 15 is a diagram schematically showing a relationship between diffraction angles of illumination light incident on a mask and diffracted light generated by a mask pattern formed on the mask.
FIG. 16 is a characteristic diagram showing the correlation between the positional deviation amount of the resist pattern of the isolated line and the deviation amount from the focal position of the substrate for each pattern thickness by the mask of FIG. 13;
17 is a characteristic diagram showing the correlation between the amount of L / S resist pattern misalignment by the mask of FIG. 13 and the amount of misalignment from the focal position of the substrate for each pitch size.
18 is a characteristic diagram showing a correlation between a relative positional shift amount of both the L / S and isolated line resist patterns by the mask of FIG. 13 and a shift amount from the focal position of the substrate.
FIG. 19 is an enlarged plan view showing a characteristic part of a mask used for increasing the accuracy of the inspection method of the exposure apparatus according to the second embodiment of the present invention.
20 is an enlarged plan view showing a characteristic portion of a resist pattern formed on a substrate using the mask of FIG. 19;
FIG. 21 is a plan view showing a modification of the mask in FIG. 13;
22 is a plan view showing a resist pattern formed on a substrate using the mask of FIG. 21. FIG.
FIG. 23 is a characteristic diagram showing a correlation between a relative positional shift amount of two types of L / S resist patterns having different pitches by the mask of FIG. 21 and a shift amount from the focal position of the substrate.
24 is a plan view showing another modification of the mask of FIG.
25 is a plan view showing a resist pattern formed on a substrate using the mask of FIG. 24. FIG.
FIG. 26 is a plan view showing still another modification of the mask of FIG. 13;
FIG. 27 is a plan view showing still another modification of the mask of FIG.
FIG. 28 schematically shows an inspection method for an exposure apparatus according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 29 schematically shows an inspection method for an exposure apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 30 is a cross-sectional view schematically showing a mask used in an inspection method for an exposure apparatus according to a conventional technique.
FIG. 31 is a plan view schematically showing an illumination aperture used in an exposure apparatus inspection method according to a conventional technique.
[Explanation of symbols]
1, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101... Mask
4, 24, 34, 44, 55, 75, 85, 95, 105 ... mask pattern
4a, 23a, 33a, 43a, 53, 73, 83, 93, 103 ... first mask pattern
4b, 23b, 33b, 43b, 54, 74, 84, 94, 104 ... second mask pattern
5. Exposure device
6 ... Illumination light source (exposure light source)
7 ... exposure light
7a ... Illumination light
7b ... Transmitted light
7c ... Projection light
8 ... Illumination optical system (optical system of exposure apparatus)
9. Projection optical system (optical system of exposure apparatus)
10 ... Lighting lens
11 ... Projection lens
12 ... Lighting aperture
13 ... Semiconductor substrate (image receiver)
14, 25, 58, 78, 88 ... mask pattern image
14a, 25a, 56, 64, 76, 86 ... 1st resist pattern (image of 1st mask pattern)
14b, 25b, 57, 77, 87 ... second resist pattern (image of second mask pattern)
15 ... chief ray of exposure light
16: Optical axis
17 ... Photoresist (photosensitive material)
201, 302 ... light shielding band (light shielding member)

Claims (18)

互いに形状が異なる線形状に形成されて互いに平行に配置されている少なくとも一組の第１のマスクパターンおよび第２のマスクパターンを含むマスクパターンが形成されているマスクを露光装置の光軸からずれた方向から照明して、前記マスクパターンの像を受像体に向けて露光投影し、前記受像体に露光投影された前記第１および第２の各マスクパターンの像同士の相対距離を測定することにより、前記露光装置の光学系の状態を調べることを特徴とする露光装置の検査方法。A mask on which a mask pattern including at least one set of a first mask pattern and a second mask pattern formed in different linear shapes and arranged in parallel with each other is displaced from the optical axis of the exposure apparatus. Illuminating from a different direction, exposing and projecting the image of the mask pattern toward the receiver, and measuring the relative distance between the images of the first and second mask patterns exposed and projected onto the receiver. The method for inspecting the exposure apparatus is characterized by examining the state of the optical system of the exposure apparatus. 前記第１および第２のマスクパターンは、互いに幅が異なる一本の線形状にそれぞれ形成されているとともに、互いに平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置の検査方法。2. The inspection of an exposure apparatus according to claim 1, wherein the first and second mask patterns are formed in a single line shape having different widths and are arranged in parallel to each other. Method. 前記第１および第２のマスクパターンは、前記露光装置が備える光源が発する露光光の波長を前記露光装置が備える投影光学系の開口数で割った値を用いて、前記第１および第２のマスクパターンを構成する各線の像の幅を除した値が、一方のマスクパターンを構成する線は０．６９以上となるように、かつ、他方のマスクパターンを構成する線は０．５５以下となるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の露光装置の検査方法。The first and second mask patterns use the value obtained by dividing the wavelength of the exposure light emitted from the light source provided in the exposure apparatus by the numerical aperture of the projection optical system provided in the exposure apparatus. The value obtained by dividing the width of the image of each line constituting the mask pattern is 0.69 or more for the line constituting one mask pattern, and 0.55 or less for the line constituting the other mask pattern. The exposure apparatus inspection method according to claim 2, wherein the exposure apparatus is formed as follows. 前記マスクを照明する際の前記露光装置の光軸からのずれ量は、前記露光装置が備える照明光学系の開口数を前記露光装置が備える投影光学系の開口数で割った値よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の露光装置の検査方法。The amount of deviation from the optical axis of the exposure apparatus when illuminating the mask is larger than a value obtained by dividing the numerical aperture of the illumination optical system provided in the exposure apparatus by the numerical aperture of the projection optical system provided in the exposure apparatus. An inspection method for an exposure apparatus according to claim 3. 前記第１および第２のマスクパターンは、一方が一本の線形状に形成されているとともに、他方は複数本の線が互いに離間されて配置された形状に形成されており、かつ、前記第１および第２のマスクパターンの線は互いに異なる幅に形成されているとともに、互いに平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置の検査方法。One of the first and second mask patterns is formed in a single line shape, and the other is formed in a shape in which a plurality of lines are spaced apart from each other, and 2. The exposure apparatus inspection method according to claim 1, wherein the lines of the first and second mask patterns are formed to have different widths and are arranged in parallel to each other. 前記第１および第２のマスクパターンは、それぞれ複数本の線が互いに離間されて配置された形状に形成されており、かつ、前記第１および第２のマスクパターンの線の幅および線同士の間隔は互いに異なる大きさに形成されているとともに、互いに平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置の検査方法。The first and second mask patterns are each formed in a shape in which a plurality of lines are spaced apart from each other, and the widths of the lines and the lines of the first and second mask patterns are 2. The exposure apparatus inspection method according to claim 1, wherein the intervals are formed in different sizes and are arranged in parallel to each other. 前記マスクパターンは、前記一組の第１および第２のマスクパターンと、これら一組のマスクパターンの幅方向に対して鏡面対称となるように形成されたもう一組の第１および第２のマスクパターンとから構成されている、少なくとも一対のマスクパターンを含んでいることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれかに記載の露光装置の検査方法。The mask pattern includes the set of first and second mask patterns and another set of first and second sets formed to be mirror-symmetric with respect to the width direction of the set of mask patterns. 7. The exposure apparatus inspection method according to claim 1, further comprising at least a pair of mask patterns each including a mask pattern. 前記一対のマスクパターンについて、前記第１のマスクパターンの像同士の中心位置と、前記第２のマスクパターンの像同士の中心位置とをそれぞれ求め、それら各中心位置同士の相対距離を測定することにより、前記第１および第２のマスクパターンのそれぞれの像同士の相対距離を測定することを特徴とする請求項７に記載の露光装置の検査方法。For the pair of mask patterns, a center position between the images of the first mask pattern and a center position between the images of the second mask pattern are respectively determined, and a relative distance between these center positions is measured. The exposure apparatus inspection method according to claim 7, wherein a relative distance between the images of the first and second mask patterns is measured by the method. 前記マスクパターンは、前記一対のマスクパターンと、前記一対のマスクパターンの幅方向に対して直交するように形成されたもう一対のマスクパターンとから構成されている、少なくとも二対のマスクパターンを含んでいることを特徴とする請求項７に記載の露光装置の検査方法。The mask pattern includes at least two pairs of mask patterns including the pair of mask patterns and another pair of mask patterns formed to be orthogonal to the width direction of the pair of mask patterns. The inspection method for an exposure apparatus according to claim 7, wherein: 前記二対のそれぞれのマスクパターンについて、前記第１のマスクパターンの像同士の中心位置と、前記第２のマスクパターンの像同士の中心位置とをそれぞれ求め、それら各中心位置同士の相対距離を測定することにより、前記第１および第２のマスクパターンのそれぞれの像同士の相対距離を互いに直交する二方向において測定することを特徴とする請求項９に記載の露光装置の検査方法。For each of the two pairs of mask patterns, the center position of the images of the first mask pattern and the center position of the images of the second mask pattern are respectively determined, and the relative distance between these center positions is determined. 10. The exposure apparatus inspection method according to claim 9, wherein the relative distance between the images of the first and second mask patterns is measured in two directions orthogonal to each other by measurement. 前記受像体を、前記マスクパターンの像が露光投影される一主面側に感光性材料が設けられた半導体基板とするとともに、前記第１および第２の各マスクパターンの像同士の相対距離として、露光投影された前記マスクパターンの像に基づいて前記感光性材料に形成された前記第１および第２の各マスクパターンに対するレジストパターン同士の相対距離を測定することを特徴とする請求項１〜１０のうちのいずれかに記載の露光装置の検査方法。The image receptor is a semiconductor substrate provided with a photosensitive material on one principal surface side where the image of the mask pattern is exposed and projected, and the relative distance between the images of the first and second mask patterns. The relative distance between resist patterns with respect to the first and second mask patterns formed on the photosensitive material is measured based on the image of the mask pattern projected and exposed. 10. An inspection method for an exposure apparatus according to claim 10. 前記マスクの前記マスクパターンが設けられている側とは反対側の面上、もしくはその面の近傍に、前記マスクパターンと対向するように遮光部材を設けることを特徴とする請求項１〜１１のうちのいずれかに記載の露光装置の検査方法。The light-shielding member is provided on the surface opposite to the side on which the mask pattern is provided of the mask or in the vicinity of the surface so as to face the mask pattern. An inspection method for an exposure apparatus according to any one of the above. 前記マスクを照明する露光光のうち前記露光装置の光軸に沿った方向から前記マスクパターンに向かって入射する露光光を遮るように、かつ、前記露光装置の光軸に沿った方向からずれた一方向のみから前記露光光が前記マスクパターンに向かって入射するように、前記マスクの前記マスクパターンが設けられている側とは反対側の面と光学的に略共役な位置、もしくはその位置の近傍に、遮光部材を設けることを特徴とする請求項１〜１１のうちのいずれかに記載の露光装置の検査方法。The exposure light that illuminates the mask is shielded from the direction along the optical axis of the exposure apparatus from the direction along the optical axis of the exposure apparatus, and shifted from the direction along the optical axis of the exposure apparatus. A position that is optically substantially conjugate with the surface of the mask opposite to the side on which the mask pattern is provided, or at the position so that the exposure light enters the mask pattern from only one direction. The exposure apparatus inspection method according to claim 1, wherein a light shielding member is provided in the vicinity. 前記第１および第２の各マスクパターンの像同士の相対距離を測定することにより、前記露光装置が備える投影光学系の焦点位置を測定することを特徴とする請求項１〜１３のうちのいずれかに記載の露光装置の検査方法。14. The focal position of a projection optical system provided in the exposure apparatus is measured by measuring a relative distance between the images of the first and second mask patterns. An inspection method for an exposure apparatus according to claim 1. 請求項１４に記載の露光装置の検査方法により前記露光装置が備える投影光学系の焦点位置を測定し、その測定結果に基づいて前記半導体基板を前記露光装置の光軸方向に沿って移動させて、前記投影光学系の適正な焦点位置に配置した後、前記感光性材料に前記マスクパターンの像を露光投影して転写することを特徴とする焦点位置を補正する露光方法。15. A focus position of a projection optical system provided in the exposure apparatus is measured by the exposure apparatus inspection method according to claim 14, and the semiconductor substrate is moved along the optical axis direction of the exposure apparatus based on the measurement result. An exposure method for correcting a focal position, comprising: arranging and projecting an image of the mask pattern onto the photosensitive material after being disposed at an appropriate focal position of the projection optical system. 請求項１〜１３のうちのいずれかに記載の露光装置の検査方法により前記露光装置の光学系の状態を調べ、その結果に基づいて前記露光装置の光学系を適正な状態に設定するとともに、一主面上に感光性材料が設けられている半導体基板を前記露光装置が備える投影光学系の適正な焦点位置に配置した後、前記感光性材料に半導体装置製造用のマスクパターンの像を転写してレジストパターンを形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。The state of the optical system of the exposure apparatus is examined by the inspection method for an exposure apparatus according to any one of claims 1 to 13, and the optical system of the exposure apparatus is set to an appropriate state based on the result. After a semiconductor substrate having a photosensitive material provided on one main surface is disposed at an appropriate focal position of a projection optical system provided in the exposure apparatus, an image of a mask pattern for manufacturing a semiconductor device is transferred to the photosensitive material. And a method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of forming a resist pattern. 請求項１４に記載の露光装置の検査方法により前記投影光学系の焦点位置を測定し、その測定結果に基づいて前記投影光学系の焦点位置を適正な状態に設定するとともに、一主面上に感光性材料が設けられている半導体基板を前記投影光学系の適正な焦点位置に配置した後、前記感光性材料に半導体装置製造用のマスクパターンの像を転写してレジストパターンを形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。The focal position of the projection optical system is measured by the inspection method for an exposure apparatus according to claim 14, and the focal position of the projection optical system is set to an appropriate state based on the measurement result, and on one main surface. A step of forming a resist pattern by transferring a mask pattern image for manufacturing a semiconductor device to the photosensitive material after disposing a semiconductor substrate provided with a photosensitive material at an appropriate focal position of the projection optical system. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: 請求項１５に記載の焦点位置を補正する露光方法により前記投影光学系の焦点位置を適正な状態に補正するとともに、一主面上に感光性材料が設けられている半導体基板を前記投影光学系の適正な焦点位置に配置した後、前記感光性材料に半導体装置製造用のマスクパターンの像を転写してレジストパターンを形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。16. The projection optical system corrects the focal position of the projection optical system to an appropriate state by the exposure method for correcting the focal position according to claim 15, and a semiconductor substrate provided with a photosensitive material on one main surface is used as the projection optical system. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of transferring a mask pattern image for manufacturing a semiconductor device to the photosensitive material and forming a resist pattern after the optical film is arranged at an appropriate focal position.
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